圓柱滾子軸承外圈滾道剝落原因研究

摘要：對圓柱滾子軸承外圈滾道的剝落原因進行了分析和探討，并提出了改進措施。 
關鍵詞：軸承滾道剝落脆性夾雜物疲勞氧化 

1　引言 

滾動軸承在某些使用條件下，常常會因為內在或外在因素的影響，沒有達到其計算壽命而發生早期損傷。分析滾動軸承發生早期損傷的情況，其中軸承外圈滾道剝落是重要因素之一。本文在研究以往試驗結果的基礎上，對圓柱滾子軸承外圈滾道的剝落原因進行了分析，并提出了相應的改進措施。 

2　以往試驗結果分析 

2.1　宏觀分析 
對發生滾道剝落的軸承外圈進行外觀檢查，其剝落區大都分布在滾道的一邊，在剝落區內，所有滾柱的圓柱面上分布著許多受熱氧化變色為深棕色條帶，在與滾道剝落處相對應的滾柱一側，氧化變色較為嚴重，表面還{TodayHot}有許多壓痕，滾柱一側端面磨損擦傷，另一側端面在靠近外徑處有輕度的受氧化變色環，呈淺棕色。 

2.2　化學成份分析 
對軸承外圈的化學成份進行分析，結果見下表: 

表1 
化學成份/% 
C Mn Si Cr S P 
1.02 0.36 0.30 1.55 0.013 0.004 

2.3　硬度測定 
硬度（HRC）測定結果見表2: 

表2 
套圈位置 外套端面(打字面) 端面(非打字面) 外徑 內徑(滾道面) 
硬度值 61.8,62.8,62.3 62,62,62 60,60.4,60.4 60.2,60.2,60.1 

2.4　材料質量分析 

表3 
非金屬夾雜物（級） 顯微組織（級） 
氧化物 硫化物 點狀變形 硫化物帶 碳化物液析 網狀碳化物 
1.5 2.0 0 1.5 0 1.5 

目前，國外軸承材料大都采用了真空脫氧鋼，含氧量規定在15ppm以下，而我國只有個別鋼廠才能達到這個要求，其它大部分鋼廠都不具備條件{HotTag}，造成滾子材料組織大于4級，裂紋較多。 

在材料質量分析中，非金屬夾雜物和顯微組織采用YJZ84標準進行比較分析，套圈中硫化物雜質級別超標。對剝落外圈進行檢測，在剝離源處，距源0.5mm～1mm縱向磨制金相試樣，觀察到在距剝離表面0.36mm-0.49mm范圍內，存在著鏈狀脆性夾雜物，這些夾雜物處還有微細震紋。在同一金相試樣上，稍離源處，距剝離表面約0.8mm處也存在著鏈狀脆性夾雜物。沿著剝離源縱向磨制金相試樣，在源處及其附近，同樣觀察到鏈狀脆性夾雜物。在距剝離表面0.3mm處的夾雜物間有微小裂紋，在距剝離表面0.68mm處也存在著長約0.56mm的鏈狀脆性夾雜物。 

以上情況說明，在外套滾道表層存在著較多鏈狀脆性夾雜物，有些已超過YJZ84標準上規定的合格級別。 

對于外圈的金相組織，在剝離源處剝離表面下的組織為細小結晶馬氏體+細針馬氏體+細小粒狀碳化物帶狀分布+殘余奧氏體+少量點、針狀屈氏體。在剝離處邊緣，滾道表面雖未剝落，但在表面下已有平行的裂紋，滾道表層的組織為細小結晶馬氏體+細針馬氏體+細小粒狀碳化物+殘余奧氏體+少量點、針狀屈氏體。隨著向內部深入，非馬氏體組織有所增加，但在離表面3mm處，非馬氏體組織超出了規定的合格級別。 

2.5　套圈熱處理質量分析按軸承零件熱處理質量檢查標準檢查，其外圈淬、回火組織，見表4。 

表4 
距表面深度/mm 表層 1.0 2.0 3.0 
組織級別/級 6 <7 <9 9 

3　結論 

1.從宏觀組織看，剝落偏在滾道一邊，這主要是軸承在使用過程中受力方向偏，使滾柱與滾道不均勻接觸，軸承滾道有限區域內產生過載負荷，造成軸承外圈滾道早期疲勞剝落。因此，滾動軸承在安裝過程中，應避免內外套傾斜，使滾柱在滾道上均勻接觸，避免局部過載現象，同時在軸承的使用過程中，應盡量避免軸承傾斜工作。另外，產生力偏的原因還與軸承箱及軸的強度有關，由于支承箱體或軸的強度差或零件之間的配合不合理，剛性不夠，造成了軸對外套的傾斜，這樣應力不是分布在強固的圓柱濕式機械加工系統市場前景廣闊有關專家指出，濕式機械加工排屑及冷卻液凈化系統，在國內剛開始起步，大多數機加工企業對其還缺乏了解。如能推廣應用該系統，將會產生顯著的經濟與社會效益，市場前景十分廣闊。據了解，濕式機械加工系統在國外工業發達國家已被普遍采用，妥善地解決了金屬切削加工過程中的一系列問題，促進了生產的發展。而在國內，目前普遍采用單機冷卻潤滑，僅在少數技術比較先進的工廠采用了集中冷卻潤滑系統。根據國家規劃，到2010年，我國汽車年產量要達600萬輛，需要對大型發動機廠進行技術改造。為此，在一些大批量生產的機械加工工廠和軸承、摩托車、拖拉機等行業推廣應用濕式機械加工系統是非常必要的。它能促進我國的機械產品更多、更快地打入國際市場，為國家創收外匯，同時減少對這類設備的進口。機械工程師第5期要目預告現代模具技術綜杜志俊述程換新馮華偉湯小輝仲高艷劉峰董兆林任玉波叢娟白成志洪亮張幼昕李軍韓成賀壓力容器結構大型化的發展趨勢車床尾座自動進給鉆鏜軸孔短直刃可轉位刮削滾刀C616車床的數控改裝用數控車床加工石油油管螺紋利用AutoCAD繪制零部件目錄成組技術在CAD中的應用機車車軸磨削在線測量系統的研制簡易汽車制動鼓鏜削機的設計與制造提高聚四氟乙烯零件結構強度的設計措施滾壓及其應用三例一種管道過濾器的改進設計改進密封裝置解決油缸漏油滾子軸承的外滾道的整個寬度上，而是集中在一邊，形成點接觸，所以造成一邊剝落。因此，在設計時應保證軸承箱和軸具有足夠的強度，并使各零件之間的配合合理，保證其剛度。 

2.在材料質量分析中發現，外滾道剝落源外存在較多的鏈狀脆性夾雜物和碳化物帶狀分布，鏈狀脆性夾雜物的存在破壞了基體的連續性，有利于裂紋的萌生，碳化物帶狀分布同樣有利于裂紋的萌生。可見，非金屬夾雜物是導致滾道早期剝落的內在原因。因此，在軸承鋼的冶金質量上應嚴格進行控制。另外，通過對鋼材的含氧量進行抽樣檢查，發現有的鋼材含氧量竟高達35ppm,遠遠超出了規定的標準。有的鋼材沒有采取任何脫氧措施，從而導致軸承的壽命受到嚴重影響。因此，應對軸承的原材料進行嚴格把關，選擇優質原料的鋼材。 

3.通過對套圈熱處理質量的分析，為了獲得馬氏體，必須提高加熱溫度和采用快速油淬火，而這樣又帶來了熱處理應力集中等一系列問題，例如象油溝、打字、甚至表面碰撞一下，在熱處理之后都會招致應力裂紋。因此，為了防止蓄積應力，在熱處理之前，在車工工序就要打好基礎，例如車油溝、倒角時要使刀具保持鋒銳，打字要減少字數、減小深度。嚴防車工運搬中磕碰傷等等。熱處理過程中，盡量按不同的“壁厚”調整加熱溫度，使溫度控制在下限范圍，并充分冷卻。關于熱處理的組織問題，根據鋼材的化學成份，應確定允許的級別。此外，滾道大面積剝落還可能與馬氏體的深度有關，應使馬氏體的深度超過3mm，因而如何減少3mm以內馬氏體量又不致造成淬火裂紋將是今后研究的課題。