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    軸承套圈斷裂裂紋失效分析

    2023-11-25

    軸承在進行超精加工過程中只有極少部分軸承套圈斷裂,但是會有很多套軸承的套圈出現裂紋,并且在放置過程中又陸續有更多的軸承套圈出現了裂紋。這是怎么回事呢?根據對軸承套圈加工知識的了解,來分享下軸承套圈在加工過程中出現斷裂失效的分析及原因介紹。
    1、軸承套圈斷裂樣品分析
    首先將軸承套圈斷裂失效樣品的斷裂面整個切下,以觀察斷裂形貌特征。其他有裂紋的軸承套圈無損檢測后在相應的裂紋產生的位置用記號筆坐下標記,沿著做標記的位置取樣,盡量保證將裂紋包括在內并且恰好在表面呈現。
    2、宏觀和微觀結果分析
    軸承失效外圈斷口主要裂紋源為臺階處的立面,在立面上存在較多比較平滑的波紋狀區域及孔洞,并在較低臺階的兩個面上都發現了較為明顯的內部裂紋。
    將開裂的試樣沿裂紋深度方向做成金相試樣,拋光并腐蝕后通過打描電子顯微鏡研究裂紋的微觀形態,可以發現裂紋基本垂直于表面向內擴展,為彎曲走向,呈鋸齒狀,也有不連續現象,并在一些區域存在顯微孔洞,裂紋為沿晶開裂,裂紋附近的組織與基體組織相同,但顏色稍深。
    根據上面的分析及延遲斷裂的特征,基本可以判定該開裂現象屬于氫致延遲斷裂范疇,排除淬火裂紋的可能,屬于磨削開裂現象的一種。
    磨削是微型軸承加工的重要工序之一。一般情況下,磨削時表面的溫度非常高,許多試驗也證明磨削區的溫度可以驟然升高到400~ 1000C。同時,在冷卻液及工件自身導熱的作用下,工件表層又會被急速冷卻,類似于一種瞬時的熱處理過程,通常把這種薄層稱為磨削變質層,急冷后形成二次淬火層,而同時在工件的次表面由于磨削產生的熱量還沒有完全散失,反過來對表面二次淬火層又進行了自回火。當自回火溫度接近材料的最終回火溫度時,腐蝕后的組織就會和心部正常顯微組織接近,但顏色會稍有不同。磨削熱使工件表面的溫度升高,而工件表面又會在冷卻液的作用下急冷,這個過程會產生非常大的熱應力。由于磨削變質層很淺,最大殘余應力也會出現在磨削表面較小的范圍內,所以磨削裂紋一般都比較淺。
    另外,金屬材料在加工制造過程中易受到氫的侵入。研究表明,一般鋼中的含氫量在(5~10)×10-4%以上時可產生氫致裂紋,但對于高輕度鋼,即使鋼中的氫含最小于1×10-4%,也可以產生氫致裂紋。在磨削過程中,由于應力的作用,原來處在點陣中的氫原子會通過擴散集中于裂紋尖端等應力集中處,并優先積聚在品界和位錯等缺陷位置,氫原子與位錯的交互作用,使位錯線被釘扎住,不能再自由活動,從而使基體變脆。在外加或殘余拉應力作用下,氫原子通過降低材料的結合力、表面能或改變其塑性變形行為等各種可能的方式,導致材料脆化,有人通過設計試驗也證明了氫對GCr15的磨削裂紋的形成和擴展都有促進作用。
    一般情況,只有硬度45HRC以上的金屬材料才有磨削開裂的可能,而要達到此硬度要求,其顯微組織.一般應為回火馬氏體、貝氏體等。由于淬火馬氏體存在大量晶體缺陷(位錯等),以及淬火后的殘余應力存在,增大了吸氫效應,因此淬火馬氏體(低溫回火馬氏體)是對氫脆最為敏感的顯微組織。另外,本文中所用到的軸承制品加人了深冷處理工序。深冷處理相當于二次淬火,其主要作用是將材料中的殘留奧氏體在更低的溫度下轉變為馬氏體,也容易產生磨削開裂。
    3、結果
    (1) 該軸承部件的開裂為氫致延遲性破裂,屬于磨削開裂的一種。
    (2)針對氫致延遲斷裂這種磨削開裂模式,需要在磨削過程中調整相關參數,一方面盡量降低磨削熱的大量積聚,如控制單次進給量等;另方面就是可考慮在深冷處理前增加一道回火工序,或在深冷處理后迅速進行更高一點溫度的回火處理,具體工藝參數也有待進步的研究。

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