劉剛，王俊海，亓俊鴻
(山東泰山鋼鐵集團有限公司，新材料研究所，山東 271100)
摘 要：某冷軋廠950mm軋機中間輥用滾珠軸承經短時間使用后發(fā)生滾珠斷裂。采用化學成分分析、硬度檢測和金相檢驗等方法對斷裂的滾珠進行分析。結果表明，該滾珠碳含量偏高，基體中存在碳化物聚集現(xiàn)象，滾珠局部硬度偏低，且非金屬夾雜物過多，這些Z終導致滾珠在運行過程中發(fā)生斷裂。
我公司冷軋廠購自某軸承公司的950mm軋機中間輥推力軸承，經短時間的使用，滾珠發(fā)生斷裂，滾珠直徑為26.5mm，軸承型號為156134，軸承外圈、軸承內圈、保持架等各部件表現(xiàn)正常，但滾珠發(fā)生斷裂，筆者對失效軸承滾珠進行了檢測和分析。
1 試驗方法
(1)宏觀檢測:對開裂滾珠進行宏觀形貌分析并進行圖像采集。
(2)化學成分檢測：磨制化學成分分析用滾珠試樣，用SPECRTOLAB M9型光電直讀光譜儀對鋼板化學成分進行檢測。
(3)硬度檢測：用HR-150A洛氏硬度計測量開裂滾珠硬度。
(4)金相分析:在滾珠斷面上截取金相試樣磨制、拋光，在GX51金相顯微鏡上進行金相分析。
2 檢測結果
2.1宏觀分析
圖1為軸承中開裂滾珠球面及斷口宏觀形貌。滾珠球面有明顯的塑性變形痕跡，球面磨損、變形較為嚴重，整個滾珠從中間裂為兩個半球，在滾珠邊沿靠近球面處存在嚴重的塑性變形，造成整個滾珠斷裂為兩半的脆性斷裂源存在于靠近球面塑性變形區(qū)域的滾珠內部，即為圖1(b)滾珠斷口形貌中的圓圈標示區(qū)域，在此脆性斷口區(qū)域存在由滾珠表面塑性變形區(qū)域向滾珠內部延伸的細小裂紋。
2.2化學成分檢測
試樣化學成分檢測結果見表1。
通過化學成分檢測結果可以看出，滾珠化學成分與我國GCr15成分相似，此滾珠中碳含量比GCr15高。
2.3硬度檢測
對斷裂滾珠進行洛氏硬度檢測，分別選取7個檢測點進行硬度值測定，測定結果見表2。按照JB/T1255—2001的規(guī)定，直徑小于30mm的滾珠，常溫回火后的硬度要求應在61～66HRC范圍內，在硬度測量過程中還發(fā)現(xiàn)滾珠硬度分布不均，局部硬度遠低于標準要求。
2.4金相分析
截取檢測試樣，磨制、拋光后進行金相檢測，圖2為試樣基體組織中的夾雜物圖片，夾雜物級別為D類1.5級。按照GB/T18254－2002標準要求，軸承鋼中非金屬夾雜物D類應小于1.0級，此滾珠非金屬夾雜物超標。
利用硝酸酒精溶液對組織進行腐蝕，腐蝕后組織形貌見圖3，滾珠邊部大部分區(qū)域碳化物分布均勻，如圖3(a)所示，但在局部區(qū)域存在大塊碳化物，如圖3(c)、圖3(d)所示。滾珠心部也存在碳化物聚集區(qū)，如圖3(b)所示。表3為滾珠的詳細金相分析結果。
3 討論
通過宏觀檢測發(fā)現(xiàn)滾珠球面有明顯的塑性變形痕跡，球面磨損、變形較為嚴重，整個滾珠從中間裂為兩個半球，在滾珠斷面上存在由球面塑性變形區(qū)域延伸至脆性斷裂源的細小裂紋，同時硬度檢測發(fā)現(xiàn)，滾珠局部區(qū)域硬度較低，滾珠硬度偏低極易引起滾珠失效。因此可以推測此滾珠由于局部硬度較低，在使用過程中發(fā)生局部塑性變形，塑性變形引起滾珠內部產生細微裂紋，進而引起整個滾珠斷裂為兩個半球。
在金相分析中發(fā)現(xiàn)，滾珠中碳化物分布不均，滾珠邊沿局部區(qū)域存在碳化物聚集現(xiàn)象，直接導致滾珠局部位置硬度值偏低，同時滾珠心部碳化物也存在區(qū)域集中現(xiàn)象，滾珠心部碳化物的分布對滾珠使用壽命具有重要影響。在化學分析中發(fā)現(xiàn)，滾珠中碳含量超標，較高的碳含量造成滾珠脆性增加，尤其是滾珠心部碳化物密集區(qū)域脆斷敏感性進一步強化。金相分析還發(fā)現(xiàn)滾珠中夾雜物含量超標，較多的非金屬夾雜物是造成此滾珠在塑性變形過程中產生內部裂紋并Z終引起整個滾珠裂為兩個半球的主要原因。
4 結論與建議
綜上所述，此滾珠表面碳化物分布不均，造成滾珠局部區(qū)域硬度偏低，化學成分中較高的碳含量及滾珠心部大量碳化物密集區(qū)域，造成滾珠內部區(qū)域的脆性增加，在軸承使用過程中，滾珠表面由于硬度偏低發(fā)生塑性變形，同時因為滾珠中非金屬夾雜物含量過高，滾珠心部存在碳化物大量密集的脆硬區(qū)域，使?jié)L珠在塑性變形過程中產生內部細小裂紋，細微裂紋向滾珠心部脆硬區(qū)域延伸，造成滾珠內部脆性斷裂源的出現(xiàn)?進而引起整個滾珠裂為兩半。
滾珠中非金屬夾雜物為D類1.5級，超出國標要求，且碳化物分布不均勻，滾珠硬度不符合技術要求，說明滾珠材料性能不符合技術要求，應停止使用并進行更換。
來源：《中國重型裝備》
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