滚柱轴承失效分析

2018-08-25 14:02:00
陆启蒙
原创
1276

摘 要:从失效轴承的断口形状入手,分析了滚柱和轴承外圈的内部夹杂物、显微组织及裂纹形态,提出了轴承失效的原因。

三峡大坝施工用的挖掘机是从韩国进口的,在使用过程中常出现轴承断裂,致使挖掘机不能正常工作。本文通过对失效的滚柱和轴承外圈的金相组织、显微硬度等方面的分析,提出了轴承失效的原因。

1 失效零件宏观检查

1.1 滚柱

所示,在圆柱面上可看见表层剥落后产生的大小不一的凹坑,且端面受损严重,磨去了很多。将滚柱在凹坑处沿直径纵向剖开后观察,剖面右下角有倒三角形空洞,这是该处原有裂纹在开始时剥落造成的。右上角有一条从端面向柱内延伸的裂缝,长约4.5mm,裂缝在中部有分枝,裂纹瘦直刚健,尾端尖细(见图2),具有明显的应力裂纹特征。

1.2 轴承外圈碎片

在外圈碎片上能看到部分疲劳断口形态。在碎片距表面0.7mm处可以看见一条与表面平行的裂缝,裂缝断续、曲折、尾端尖细。为该裂缝的一部分,该裂纹同样具有应力裂纹的特征。

2 非金属夹杂物评级

(1)滚柱:硫化物l级,点状及球状氧化物1.5级。

(2)轴承外圈:硫化物1级点状、球状氧化物1.5级。

3 显微组织检查

3.1 滚柱

3.1.1 心部组织

心部组织为回火隐针马氏体,粒状碳化物及残余奥氏体组成。

滚柱原始组织4%稍酸酒精浸蚀 ×500

3.1.2 表面凹坑周围组织

在滚柱表面剥落形成的凹坑处观察金相组织时发现:凹坑底部是一白亮层,其宽度约为0.18~0.5mm,长为15mm。白亮层内有三条横向裂纹。凹坑底部次外层紧靠白亮层有一宽约0.40~0.50mm的暗区,暗区过后才是滚柱原始组织。白亮区和暗区间组织为淬火马氏体,暗区为回火隐针细针马氏体+少量颗粒状碳化物+残余奥氏体。

3.1.3 显微硬度

为了反映三种不同颜色的组织在硬度上的区别,我们由表及里对滚柱剖面进行了显微硬度测试,直观地反映了显微硬度压痕大小变化情况:白亮层中压痕最小,暗区内压痕最大,颜色稍浅的原始组织压痕居中。三个区的平均硬度值分别为:白亮区HV0.11264、暗区HV0.1551、原始组织HV0.1800。

滚柱坑底部的白亮区、暗区、原始组织及显微硬度压痕 ×200 4%稍酸酒精浸蚀

3.2 轴承外圈显微组织

轴承外圈显微组织为回火隐针马氏体+少量粒状碳化物及残余奥氏体。

3.3 表面硬度

3.3.1 滚柱

滚柱表面上大多数点的硬度在HRC60~61之间,但也有的地方纵向一条线硬度均为HRC56~57之间。

3.3.2 轴承外圈碎片硬度

经测试,轴承外圈碎片内表面硬度为HRC58~59。

4 滚柱表面坑产生原因分析

从白亮区的淬火马氏体组织我们可以推知,滚柱在运转过程中因为彼此压得太紧,因摩擦产生了大量的热,被挤压部位就形成了高温区,由于有润滑油存在,因此表面上高温部位被重新淬火,形成了淬火马氏体(腐蚀后呈白亮色)。由于局部高温的作用,使紧靠表面的次表层又接受了一次回火,因此次回火温度高于滚柱原来热处理时的回火温度,致使次表层硬度下降,极易剥落,剥落后就形成了坑,我们所看到的凹坑底部的白亮区实际是表层剥落后残留下来的。

由此,我们不难得出结论:滚柱上的裂纹是由于滚柱装配过紧,运转时彼此撞压,使局部发生了组织转变,在巨大的组织应力作用下产生的,因此具有应力裂纹特征。由于组织转变使得轴承内滚柱体积变大,使轴承外圈内表面承受了极大的压应力,因而最终被撑裂。

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