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17887/17831軸承內(nèi)圈裂紋分析

2013-08-27

梁華1　仇亞軍1　蔡素萍2
（1.洛陽軸承研究所，河南洛陽　471039；2.洛陽市秦嶺制藥廠，河南洛陽　471039）
　　摘　要：分析了汽車變速箱軸承17887/17831（英制）內(nèi)圈產(chǎn)生的各種形態(tài)的裂紋，發(fā)現(xiàn)其原材料質(zhì)量合格而熱處理質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。找出裂紋形成的原因并給出防止裂紋產(chǎn)生的對策。
　　關(guān)鍵詞：汽車軸承；套圈；裂紋；熱處理
　　某公司生產(chǎn)的汽車變速箱軸承，材質(zhì)為ZGCr15，型號17887/17831（英制）。該軸承內(nèi)圈在磨加工過程中發(fā)現(xiàn)有裂紋，在送檢的兩件內(nèi)圈中，其中有一件已斷為兩半，要求分析裂紋產(chǎn)生的原因。
　　1　裂紋形貌
　　兩件內(nèi)圈除擋邊的外圓面之外，其余加工面均已經(jīng)過磨削，未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋。已斷開的內(nèi)圈斷口呈淺灰色瓷狀、稍粗，較為平齊。大端面與內(nèi)徑的交角處有一臺階，存在明顯棱角。
　　將兩件內(nèi)圈進行熱酸洗，發(fā)現(xiàn)有多種形態(tài)的裂紋：（1）內(nèi)圈大端的油溝底部有一沿圓周方向分布的裂紋（其縱截面形貌參見圖1）及多條起源于油溝底部、與擋邊形成一角度并向擋邊和內(nèi)滾道面兩方向擴展的平行裂紋（見圖2）。（2）在內(nèi)圈大端面與內(nèi)徑的交角處的臺階上分布有沿周向、軸向和“H”形分布的裂紋；有些裂紋已擴展至大端面、擋邊外圓面及內(nèi)徑面上（見圖3）。（3）內(nèi)圈的內(nèi)徑面上均有沿圓周方向分布的短線狀細(xì)小裂紋（見圖4）。



　　2　材質(zhì)及熱處理質(zhì)量分析
　　軸承內(nèi)圈的金相檢查在日產(chǎn)MG型顯微鏡下進行，腐蝕劑采用4%硝酸酒精溶液。軸承內(nèi)圈硬度測試在HR-150A洛氏硬度計上測定，測試部位為小端面。原材料檢驗參照YB9-68標(biāo)準(zhǔn)，熱處理質(zhì)量按照J(rèn)B/T 1255-2001標(biāo)準(zhǔn)評定。檢驗結(jié)果見表1。由表1可知：軸承內(nèi)圈的原材料質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求；軸承內(nèi)圈的淬回火組織過熱，為不合格。
　　3　裂紋形成的原因及對策
　　3.1 組織過熱
　　軸承內(nèi)圈的淬回火組織過熱，硬度偏高，增加了淬火應(yīng)力，易產(chǎn)生裂紋。建議調(diào)整熱處理工藝，如降低淬火加熱溫度或縮短保溫時間。
　　3.2 設(shè)計及加工工藝不合理
　　內(nèi)圈油溝裂紋的形成可能有以下兩種原因：（1）車刀頭部較尖，造成熱處理時局部應(yīng)力集中；另外，由于油溝內(nèi)脫碳層的存在也削弱了此處材料的強度，導(dǎo)致溝底沿圓周方向開裂。該裂紋為油溝淬火裂紋。（2）溝底因尖銳集中的應(yīng)力（熱處理）與內(nèi)滾道、擋邊磨削應(yīng)力的疊加造成了如圖3所示的裂紋。建議改進車削及磨削工藝，即避免油溝尖角，降低磨削應(yīng)力。另外，要加強氣氛保護，減少熱處理造成的脫碳層，以避免此類裂紋的產(chǎn)生。
　　內(nèi)圈的大端面與內(nèi)徑交角處臺階的存在使此處形成了比較尖銳的棱角，熱處理時極易造成應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生類似于油溝的沿圓周方向分布的裂紋；另外，此處集中的應(yīng)力與大端面及內(nèi)徑面磨削應(yīng)力疊加就會造成如圖4所示的不同形態(tài)的裂紋。建議優(yōu)化設(shè)計（或加工）工藝，使倒角與端面的交角盡可能地圓滑，以避免此處熱處理應(yīng)力過于集中而導(dǎo)致的淬火開裂。
　　3.3磨削裂紋
　　工件表面上因磨削或表層相變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力如果大于該材料的強度，就會在表面上產(chǎn)生裂紋，其形態(tài)多為網(wǎng)狀龜裂或平行線狀，稱為磨削裂紋。本文所分析的內(nèi)圈內(nèi)徑上的裂紋即為平行短線狀磨削裂紋。在軸承滾道磨削諸影響因素中，砂輪材質(zhì)、磨削進給量和冷卻液的性能是影響軸承套圈滾道表面質(zhì)量的主要因素。建議調(diào)整磨削工藝，尤其是對于硬度值處于上限的零件，應(yīng)更加注意。
來源：《軸承》2003年第3期