某型鐵路貨車(chē)軸箱軸承在檢修作業(yè)時(shí)發(fā)現，軸承外網(wǎng)存在可見(jiàn)裂紋。對損傷軸承外圈進(jìn)行宏觀(guān)觀(guān)察，確定軸承傷損所在位置，將外圈裂損處的裂紋打開(kāi)，觀(guān)察斷口形貌并判斷裂紋源位置。

1、軸承損壞宏觀(guān)形貌

軸承外罔外表面和滾道面損傷宏觀(guān)形貌分別如圖1和圖2所示。

圖1軸承外圈外表面損傷形貌

圖2軸承外圈滾道面損傷形貌

軸承外圈整體上存在一處貫通外表面和滾道面的縱向裂紋。圖1(a)中，外表面的裂紋長(cháng)度約為35mm．同時(shí)裂紋處還伴有柳葉狀印痕形貌。由圖1（b）可以看出，與周同區域相比，裂紋及印痕所在區域存在明顯下凹。圖2中，外圈滾道面的裂紋位于牙口處，裂紋長(cháng)度約l5mm。此外。裂紋所對應的滾道還可觀(guān)察到約一粒軸承滾子寬度的亮區，該區域靠近牙口處存在輕微的剝離損傷．剝離的尺寸約為5mm(周向)×10mm。軸承外圈其余位置未見(jiàn)損傷：

2、軸承斷口分析

1）軸承斷口宏觀(guān)形貌

將外圈裂紋打開(kāi)，觀(guān)察其斷口斷口整體形貌，如圖3所示，

圖3斷口整體形貌

由圖3所示，斷口整體形貌可以看出，斷口可以分為A部分和B部分。其中，A部分為開(kāi)裂紋時(shí)產(chǎn)生的認為斷口，該斷口區域新鮮，存在明顯的放射狀棱線(xiàn)，呈現快速撕裂特征。B部分為裂紋自身斷，該斷口區域存在自外表面向滾道方向擴展的貝紋狀疲勞弧線(xiàn)，疲勞弧線(xiàn)所匯集的“圓心”為裂紋源所在位置。而斷柳狀印痕相疊加處。

2）斷口微觀(guān)形貌

采用FEI-Quanta400掃描電鏡觀(guān)察外圈裂紋源，其形貌如下圖4所示。

圖4裂紋源區掃描電鏡形貌

圖4(a)和(b)中，軸承外圈裂紋源所在區域可觀(guān)察到?jīng)_擊坑，圖4(c)中，有明顯的塑性變形形貌，呈現典型的磕碰傷特征。

采用LeicaDMI500M光學(xué)顯微鏡觀(guān)察外圈裂紋源區，其金相組織如圖5所示。

圖5裂紋源區金相組織

圖5中，裂紋源區金相組織中可觀(guān)察到明顯的塑性變形存在，這與掃描電鏡的觀(guān)察結果呼應。塑變層的存在應與磕碰有關(guān)。同時(shí)塑變層中還觀(guān)察到與塑性流變方向一致的微裂紋，當外圈材料發(fā)生塑性變形時(shí)，塑性變形累積超過(guò)材料的塑變極限后，即會(huì )萌生裂紋。

3、綜合分析

(1)該軸承外圈的化學(xué)成分、硬度、淬硬層深度、非金屬夾雜物及未損傷區域的金相組織均符合相關(guān)標準要求。由此表明，軸承外圈的材料和熱處理不存在質(zhì)量問(wèn)題。

(2）軸承外圈的失效表現為裂損和滾道損傷。將軸承外圈裂損處打開(kāi)后，斷口中觀(guān)察到明顯的疲勞擴展弧線(xiàn)，裂損呈現疲勞斷裂性質(zhì)。由損傷和疲勞擴展的程度判斷，外圈滾道的亮區及該區域中存在的輕微剝離均應是在外圈裂損之后發(fā)生，屬于次生缺陷。由裂損斷口中疲勞弧線(xiàn)的走向判斷出裂紋源位置裂紋源對應外圈外表面印痕所在處，印痕處宏觀(guān)、微觀(guān)形貌與磕碰傷的特征相符，因此軸承外表面的磕碰是導致軸承失效的主要原因?？呐鍪沟幂S承外表面局部微區受損形成缺口。金屬材料缺口試樣的塑性變形主要集中在缺口根部區域，且塑變區會(huì )隨著(zhù)載荷的增大而不斷擴大，當塑性變形累積超過(guò)材料的塑變極限后開(kāi)始萌生疲勞裂紋。軸承運行過(guò)程中，疲勞裂紋在運用載荷的作用下不斷擴展，最終發(fā)展為貫通的宏觀(guān)裂紋。

(3）此外，軸承外圈材料的缺口所產(chǎn)生的“缺口效應”會(huì )改變缺口區域的受力狀態(tài)，引發(fā)該區域應力重新分布缺口效應首先是引起材料局部微區應力集中的產(chǎn)生，從而加速材料的變脆傾向。在軸承實(shí)際運行過(guò)程中其服役狀態(tài)屬于高周疲勞大多數金屬材料在高周疲勞時(shí)對缺口十分敏感，導致材料在缺口處極易萌生疲勞裂紋。疲勞裂紋在持續的滾動(dòng)接觸載荷作用下逐步擴展，最終發(fā)展為宏觀(guān)裂紋。

4、建議

磕碰使得軸承外表面局部微區受損在軸承運用載荷的作用下，磕碰部位萌生的疲勞裂紋發(fā)展為宏觀(guān)裂紋?？呐鰝麑儆谳S承外傷，非軸承自身材質(zhì)和制造質(zhì)量問(wèn)題。為避免或減少因磕碰傷導致軸承損傷失效的發(fā)生，建議加強軸承及輪軸在組裝、檢修和運輸過(guò)程中的防護，具體措施如下。

(1)提高工人工作素質(zhì)，軸承搬運過(guò)程中應輕拿輕放。

(2)加強對工人的考核力度如軸承出現類(lèi)似磕碰問(wèn)題，要對其進(jìn)行相應處理。

(3）在軸承移動(dòng)過(guò)程中注意不要有堆垛現象。

(4）可配置專(zhuān)門(mén)的運輸小車(chē)和防護工裝等特別是在檢修現場(chǎng)轉運過(guò)程中應避免輪軸相互間的碰撞。