曹利 劉樹濤
（承德建龍特殊鋼有限公司）
1、概述
軸承外套有2種基本的生產工序：
1.1 等離子（zǐ）下料—反射爐加熱—鐓餅—衝盂—衝切連皮—碾圈—整形—機械加（jiā）工……
1.2 熱剪下料—工頻加熱—鐓（duì）餅—衝盂—衝切連皮—碾（niǎn）圈—整形—機械加（jiā）工……
熱切工藝的效（xiào）率、自動化水平較高，但會因切頭不整、歪斜造成鍛壓偏心度過大而甩廢；而冷切工藝需手工斷料，效率較低，但反射爐加熱經濟（jì）、熱值（zhí）低（dī），工藝不需要精確調整，控製容易。
在（zài）碾圈端（duān）麵易出現開裂，目前就一種開裂進行原因分析，如（rú）圖（tú）1中箭頭所示。缺（quē）陷集中分（fèn）布在端麵的（de）一個區域，開口較大的缺陷可見缺陷深度，在內、外圓柱麵上沒有延伸。形態方麵不（bú）具有裂紋形態（tài） ，更近於折皺類缺陷。因部分缺陷深度較深造成車削後尺寸不足而報廢。
圖1 軸承外（wài）圈的缺（quē）陷形貌
軸承（chéng）外套的缺陷有多種，僅就此種缺陷分析，借以引出問（wèn）題，逐步改善。取缺陷（xiàn）區的切（qiē）向外表麵進行分析。
2、金相分析
自套圈缺陷處外（wài）周麵的切向磨削，首先觀察到開口較大的（de）缺陷，整體呈腔形，底部右側的特征如圖2所示，底部呈大弧形狀，界麵不整，氧化層（céng）較厚。腐蝕後該缺陷左側的組織形貌如圖3所（suǒ）示，角部Z厚處的氧化（huà）層為0.70mm。從脫碳層來看（kàn），腔形左側的凸起區（qū）金（jīn）屬呈完全脫碳狀態，自尖端至基體組織處脫碳深度為1.12mm，而臨近的正常區端麵（miàn）（箭頭2所指）的（de）脫碳層深度僅為其1/5，基（jī）體組織的邊界呈（chéng）凸弧形（箭頭1所指）。從晶粒大小來講，端（duān）麵薄層及凸起區根部至內尖角小裂紋（wén）區（箭頭3所指（zhǐ））一帶晶粒十（shí）分細小，其它區域（yù）則較大（dà），對於端（duān）麵晶粒（lì）細小容易理解，變形率較大及與型腔的摩擦、錯動所致，而凸起的根部這一帶細小，是（shì）否意味著進行了額（é）外的彎矩變形？綜合起來可以這樣（yàng）理解，尖角區金屬（shǔ）原來可能為高出表麵（miàn）的凸起被壓折，或者是凸起本身連帶著凹陷，而不是原來（lái）平整（zhěng）的麵，由（yóu）於碾壓變形不均形（xíng）成的。
圖2 大開口缺陷的底部（bù）左（zuǒ）側形貌（×50 ）
圖3 大開口（kǒu）缺陷底部（bù）右側腐蝕後的形（xíng）貌（×50）
沿觀測麵繼續向內層磨削，可以看到如圖4類型的較深缺陷，內塞滿氧化鐵，底部基體上分布著線狀的氧化物質點，有可能為氧化（huà）較輕的裂（liè）麵在金屬（shǔ）的劇烈變形中彌合，留下氧化物痕跡（jì）。
圖4 另一缺陷的整體形貌（×100 ）
圖5 第三類（lèi）缺陷的形貌 （×100）
圖5為接近彌合狀態的（de）缺陷，附近的基體上環繞缺陷散布著二次氧化質點，為高溫（wēn）擴（kuò）散氧化生成物，這種（zhǒng）形（xíng）態表明該缺（quē）陷為較窄缺口經曆高溫氧化加（jiā）熱。應該說明，這（zhè）些圖片僅為缺陷的一個截麵（miàn）視圖，缺陷的深度及寬度均不（bú）具有代表性。腐蝕後的形貌如圖6所示，脫碳區呈環繞缺陷的大弧（hú）形，內（nèi）壁分布有垂直（zhí）於壁麵的完全脫碳的（de）鐵素體。從脫碳分布情況看，形態近於一個開口腔（qiāng）形，尾部有一（yī）條窄（zhǎi）細裂（liè）縫。體（tǐ）部正常區金相組織如圖7所示（shì），為碾（niǎn）圈過（guò）程中劇（jù）烈變形所形成的粒狀珠光體組織。
圖6 另一缺陷的整體形貌 （×100）
圖7 體（tǐ）部區域的組織形貌 （×500）
3、綜合分（fèn）析
軸承外（wài）圈經（jīng）過多道工序的（de）加工，一些較小的缺（quē）陷進行變異，很難確切地追溯到原始狀況，可靠的方法為現場進行分類跟蹤、調查。不過，仍然有一些線索可以進行推測，有助於理出思路，作些努力，驗證推論的正確性。在此，缺陷定性顯得（dé）十分重要，它涉（shè）及到改（gǎi）進方向及效果。
3.1 缺陷對應在圓鋼上的位置。
該缺陷呈簇狀、集中分布於軸承外套圈的端麵，在內、外（wài）柱麵上（shàng）沒有延伸，僅分布於端麵一定深度範圍內。那麽，缺陷是如何形成的？缺陷（xiàn）能否對應出（chū）在鍛（duàn）造毛坯上的位置？
在鐓餅鍛粗工序，臨近（jìn）原鋼材端部的（de）少部分圓柱麵轉變為端麵（miàn），如圖8所示，視鍛壓比的不同，轉變量不同（注：圖8鍛壓比為3 ）。圖中（zhōng）因端麵鋸斜而出現鍛斜和（hé）紋路歪扭問題，引入端麵的柱麵量也不均。極端情況下，因過度偏斜而甩（shuǎi）廢。
圖（tú）8 鐓餅端麵形貌
在衝盂過程中，因模（mó）腔約束衝孔隻能在鐓餅件的中心，加劇了原柱麵的變形（xíng）不均，見圖9，圖中兩側的高度和徑（jìng）向（xiàng）擴張量差（chà）異明顯。衝頭直徑的選擇要保證碾成大圈（quān）足夠的肉（ròu）量，一般不會太大（圖中為φ35mm）。這樣如為φ50～70mm規格圓鋼，將有原（yuán）鋼材端麵的外層區和（hé）部分端部（bù）圓周麵構成了新的端麵。鐓粗時因鐓模的熱應力疲勞裂紋，在（zài）衝盂端（duān）麵上仍有反（fǎn）映，見圖10。
圖9 其中一種衝盂形貌
圖10 另一種衝盂形貌
圖11為衝切連（lián）皮（pí）的形貌，略呈鼓形，相當於原鋼端麵的心部（bù）區域，除了心部的較長裂紋或其它類缺陷（xiàn）外，其外（wài）沿區（即與圈端麵相接區），尚有一些小（xiǎo）缺陷，無論是壓折還是裂紋，難（nán）保相（xiàng）接的端麵上不會有同（tóng）樣的缺陷存在。
在碾壓初期，端麵處於單向自由狀態，將變成鼓形，隨著碾輥（gǔn）位移和壓力的增大而（ér）一步步減薄，同時周向（xiàng）長度伸長，軸（zhóu）向寬度變（biàn）寬，內、外圈部的部分端麵（miàn）將重新轉為周麵，Z終貼向兩邊凸模，壓實後整形、均勻碾薄。相比而言，碾壓的周向延伸遠大於軸向延伸，而且以產品壁厚（hòu）作為主要控製指標，端麵的貼實、壓緊能力較輕。依據表（biǎo）麵連續性原理，碾壓前處於端麵中部（bù）的（de）金屬將仍然處於端麵，而端麵承受（shòu）的（de）主要變（biàn）形（xíng）也是周向的伸長變形，這種變形將（jiāng）加劇暴露端麵的缺（quē）陷。
圖11 衝切連皮（pí）形貌
軸承（chéng）外套外徑（jìng）φ162mm，內孔呈錐形，大端內徑φ146mm（壁（bì）厚8mm），小端內徑φ132mm（壁厚30mm），缺陷出現在大端的薄壁端部，碾壓比率較大，外圓（yuán）周麵的影響已很小（xiǎo），應該是在圓鋼端麵外層區帶出現的（de）問題。如果是圓周麵所帶（dài）來（lái），應經（jīng）過相當程度的拉伸（shēn）變形，不可能（néng）僅僅存在（zài）於外圈（quān）端麵，在類似的（de）成（chéng）簇狀（zhuàng）的缺陷（xiàn）中，外圓周麵（miàn）上的表麵（miàn）裂紋可以排除；大塊氧化鐵皮壓入、坯溫過低的“Y”型冷裂多呈批量性、連續性，周麵（miàn）上（shàng）也會有所反映；個別小區域（yù）性的結疤缺陷，在壁厚較厚時（shí）不能完全排除，但無法形（xíng）成（chéng）大量質量問題。
3.2、缺陷定性。
由金相分析可知，缺（quē）陷的（de）主體不具有裂紋性質，是由凹陷和臨近區的凸起組成的，凸起尺寸（cùn）較薄（至少為其（qí）中的一部分）、完全暴露而（ér）完全脫碳，凹陷也因完全暴露而形成環腔形的氧化（huà）、脫碳，總體上來講，這些缺陷的尺寸是比較小的，沒有經過大量（liàng）的變形。
那麽，產品的下料端麵（miàn）有什麽問題呢？
圖12為我公司軸承鋼熱切端頭形貌，橢圓和切斜隨剪切溫度的高低，各個鋼廠都不同程度地存（cún）在（zài），而端麵毛茬、凹陷、凸棱等缺陷，我公司的比（bǐ）較嚴重。圖13為建龍與巨能圓鋼在等離子下（xià）料後的（de）端（duān）麵（miàn）情況，巨（jù）能（néng）圓鋼呈結晶狀，無論燒割弧長短、規格大小均較平齊，斷裂尾部區（下部）起伏較小（xiǎo），呈區域性（xìng）、大坡度，而我公司的鋼材斷麵呈凸粒狀、十分粗糙，斷裂尾部區存在較大的凹陷和剪切唇，唇區呈斜鍥形，高度較（jiào）高，對應的另一塊料則為局部的缺肉。所有（yǒu）這些缺陷（xiàn）都將被加（jiā）熱、氧化、脫碳，在鍛（duàn）壓中被壓附在端麵，在碾圈（quān）中受張應力而張開，不能被燒損、抹平的，Z終（zhōng）將體現在外圈的端麵。缺肉較多的部分將不（bú）能被抹平，形成凹陷，見圖13。這一類缺陷可統稱為“毛頭”缺陷（xiàn）。
圖12 建龍鋼（gāng）材熱切（qiē）端頭形貌
圖13 等離子下料形貌 （左建龍、右巨能）
在碾壓過程中，如果原有端麵金屬連續，成型也將穩定、連續，較少量的局部缺失也會修（xiū）複，形成平整的端麵；如果有較多量的區域性多肉或缺肉，在端部（bù）貼緊模壁後，將漸次向缺肉區均勻，高度（dù）差過大時，將形成整個柱（zhù）麵的折疊性缺陷，見圖14。如果端麵有壓折或裂紋，將會張開、加深，界麵氧（yǎng）化時（shí）不可能被壓實；如果是圓周麵（miàn）的淺（qiǎn）表裂紋，將會燒損、碾平，而較深、較長的裂紋（wén）仍（réng）會體現在外圓柱麵上；假如有（yǒu）新的裂（liè）口（kǒu）出現，因過（guò）程迅速而不致氧化、脫碳過多（duō），易於鑒別。總之，缺（quē）陷應為原下料毛坯端麵的凹坑、凸起等缺陷形成的。
圖14 端麵缺肉廢品形（xíng）貌
