作（zuò）者：郭浩　來源（yuán）：軸承雜誌社

軸承套圈每個生產工序均會對其質量產生影響。軸承（chéng）失效分析中，套圈的材料孔洞缺陷、鍛造缺陷、熱處理質量、磨削燒（shāo）傷、環境腐蝕是導致軸承（chéng）失（shī）效的主要原（yuán）因，因此必須重視套圈的生產質量，減少軸承因（yīn）套圈質（zhì）量問題而導致的早期失效，Z終實現提高軸承壽命的目（mù）的。

對廢品分析軸承套圈產生缺（quē）陷（xiàn）的原因進行統（tǒng）計發現：材料因素是影響套圈質量的（de）主要（yào）因素，包括材料內部冶金缺陷，如夾雜物（wù）、夾（jiá）渣、顯微孔隙，套圈因材料外部缺陷未完全清除的殘（cán）留，如（rú）脫碳、微裂紋、表麵缺陷等；其次為熱處理工（gōng）藝，包括熱處理質量不合格（組織粗大，屈氏體不符合標準要求，粗大網狀碳化物）和淬火（huǒ）應力裂紋；另外（wài），磨削質量也是（shì）影響套（tào）圈質量的主要因素（sù）之一，主要為磨削燒傷引起表層（céng）組織改（gǎi）變，嚴（yán）重時產生（shēng）磨削裂紋；管理因素(人為原因)主要是指套圈生產（chǎn）過程中操作不當引起的機械（xiè）傷（劃（huá）傷、墊傷）以及環境腐蝕（酸（suān）腐（fǔ）蝕和氧化腐蝕），提高操作人員的責任意（yì）識及業務水平可以預防此類缺陷的產生。

1、套圈常（cháng）見（jiàn）質量問（wèn）題及特征

1.1 材料質量缺陷

材料質量缺（quē）陷是決定軸承（chéng）套圈質量的重（chóng）要因素。套圈的材料主要有棒材（cái）和鋼（gāng）管（guǎn）。按照（zhào）缺陷產（chǎn）生的部位，將材料質量（liàng）缺陷分為內部缺陷和外部缺陷。

1.1.1 內部缺陷

內部缺陷主要有非金屬夾雜（zá）物、夾渣、顯微孔隙、發紋等（děng）。

非金屬夾雜物是軸承鋼冶煉過程產生的（de），無法避免，因此GB/T 18254—2016對軸（zhóu）承（chéng）鋼非金屬夾雜物有特殊規定。非金屬夾雜物存在於（yú）套圈基體內，成為裂紋源造成套圈早期剝落；加工過程中偶爾會裸露套圈表麵，造成套圈報廢。磨削滾道（dào）麵（miàn）的非金屬夾雜物裸露形貌如圖1所示。

圖1 外圈溝道麵非金屬夾雜物殘留電鏡形（xíng）貌

套（tào）圈存在肉眼可見的夾雜物即夾渣（主要（yào）成分為爐渣或耐火材料）時，易（yì）成為（wéi）裂紋源，使（shǐ）套圈過早損壞甚至報廢。外圈外徑麵的夾渣缺陷如圖2所示。

圖（tú）2 外圈外徑麵夾渣缺陷

顯微孔（kǒng）隙又稱顯微裂紋，金相觀察其沿晶界分布並沿軋製方向伸展。產生（shēng）原因主要有材料（liào）中心疏鬆或加熱溫度過高（gāo），鋼坯心部的（de）低熔點合金（jīn）相熔融。若套圈中存在顯微孔隙，會極大降低晶粒間的結合力，影響套圈的力學性能；嚴重（chóng）的顯微孔隙淬火時容易產生裂紋，若暴露至軸承零件表麵則易產（chǎn）生黑（hēi）點，降低（dī）防鏽（xiù）性能甚（shèn）至導致軸承產生疲勞剝落。外圈顯（xiǎn）微（wēi）孔隙金相圖如圖3所示。

圖3 外圈顯微孔隙金相形貌

發紋是（shì）一種（zhǒng）存在於鋼材表（biǎo）皮下層的細小裂紋缺陷。產生原因為鋼錠中的皮下氣泡或非金屬夾雜物經軋製變形後，存在於材料表層且沿軋製（zhì）方向斷（duàn）續分布，數量不等。若（ruò）套圈存在發紋缺陷，易產生剝落掉塊。

1.1.2 外部缺陷

外部缺陷主要有材（cái）料裂紋、脫碳、凹坑等。

材料裂紋存在於棒材表層一定深度下（xià），折（shé）疊裂紋的特征是與表麵呈一定角（jiǎo）度，裂紋中一般有（yǒu）氧化皮存（cún）在，裂（liè）紋兩側有脫碳現象。若材料裂紋在套圈中殘留必定引起質量問題。在（zài）套圈車削（xuē）成形過（guò）程中，若材料裂紋缺陷沒有完全車除，便會在套圈上殘留，Z終造成後（hòu）續加工（gōng）或裝配（pèi）或使用過（guò）程中（zhōng）開裂（liè）。內圈外徑麵鋼管裂紋殘留如圖4所示。

圖4 車削成形後內圈外徑麵鋼管裂紋殘留（liú）

材（cái）料表麵脫碳（tàn），若是鋼管，主要（yào）產生在外圈外徑麵及滾道麵擋邊處和內圈內、外徑麵，分別對應鋼管的外徑麵和內徑麵；若是棒材，材料表麵脫碳指（zhǐ）鋼材外表麵。脫碳對套圈（quān）質量（liàng）的影響與裂紋（wén）相（xiàng）似，一（yī）方麵套圈淬火時易產（chǎn）生淬火應力裂（liè）紋；另一方麵，脫（tuō）碳區拉應力較大，受外力作用易開裂，因此（cǐ），GB/T 1255—2014對軸承套圈表（biǎo）麵脫碳層深度進行（háng）了嚴格（gé）的控製。外圈外徑麵殘留鋼管（guǎn）原始脫碳層（céng）如圖5所示。

圖（tú）5 外圈（quān）外徑麵殘留鋼管原（yuán）始脫碳層

材料表麵缺陷，如較深的（de）鏽蝕坑、壓痕（hén）等，若車削（xuē）成（chéng）形時不能完全去（qù）除，亦會在套圈表麵（miàn）殘留（liú），影響其加工質量。

1.2 加工成形缺陷

套圈製造方式不（bú）同，其成形（xíng）工藝不同。僅對工作中（zhōng）遇到的套圈成形缺（quē）陷（xiàn）問題進行分析。

1.2.1 鍛造工藝

鍛造是軸承套（tào）圈（quān）常見的加工工藝。鍛造（zào）可（kě）以（yǐ）細化晶粒，改善網狀碳化物，從而提（tí）高（gāo）套圈性能。然而，若鍛造工藝不當會產生鍛造缺陷，影響套圈質量。如G95Cr18不鏽軸承鋼，鍛造溫度過高易產生孿晶組織，這（zhè）是標準JB/T 1460—2011嚴格（gé）控製的。常見（jiàn）的鍛造缺陷主要有（yǒu）鍛造（zào）組織過熱（rè）、過燒（shāo）和（hé）鍛造折疊裂紋。

鍛造過熱組織（zhī）會沿晶界析出粗大而封閉的網狀碳化物，嚴重的網狀碳化物會破壞材料（liào）的連續性，使鋼的力學性能降低，特別是衝擊韌性，而且其在退火中保持不變（biàn），隻能通過正火才能消除。

過燒（shāo）組織晶粒粗大，晶界局（jú）部氧化或熔融，主要原因是加熱（rè）溫度過高或保溫時間過長等。GCr15軸（zhóu）承鋼鍛造過?產（chǎn）生的熔融孔洞形貌如（rú）圖6所示。

圖6  鍛造過燒熔融孔洞形貌（×200）

鍛造折（shé）疊裂紋是（shì）由於切料不（bú）齊、毛刺或（huò）操作不當等在套圈表麵形（xíng）成（chéng），其（qí）特征是裂紋一般與表麵呈一定角度，裂紋兩側（cè）有嚴重的脫碳層。粗磨外圈折疊裂紋形貌（mào）如圖7所示。

圖7 外圈鍛造折（shé）疊（dié）裂紋形（xíng）貌

1.2.2 車削工藝

車削是軸承套圈成形的主（zhǔ）要缺陷：一方麵是不（bú）能完全清除材料表麵缺陷，使套圈表麵殘留，進而影響套（tào）圈質量；另一方麵是較深切（qiē）尖銳的車刀紋極易產生應力集中甚至燒傷，在淬火時產生淬火（huǒ）應力開裂，裝配時產生斷裂。其主要產生於套圈油溝及滾道麵擋邊處。外圈滾道擋邊的裂紋缺（quē）陷如圖8所示，原因是擋邊存在車削燒傷。

圖8 外圈滾道麵（miàn）擋邊車削缺陷（×500）

1.2.3 冷輾及串光工藝

冷輾成形也是軸承套圈常（cháng）見的成形方式，冷輾工藝不當（dāng）造成的套圈（quān）質量缺陷主要為冷（lěng）輾（niǎn）裂紋。冷輾屬於冷加（jiā）工（gōng），材料延展性有限，若（ruò）輾（niǎn）擴（kuò）較大，易產（chǎn）生（shēng）冷（lěng）輾裂紋，另外，GCr15軸承鋼由於存在碳化物帶（碳（tàn）化物（wù）偏析聚集），此處組織硬且脆，在變（biàn）形過程中易拉裂。沿碳化物帶分布的冷輾裂紋缺陷形（xíng）貌如圖9所示。

圖9 沿（yán）碳化物帶分布的冷輾裂紋形貌

串光是改變套圈表麵粗糙度的一種方法，其工藝不當易造成薄壁套圈產生磕（kē）碰傷甚至掉塊，如（rú）圖（tú）10所示。

圖10 串光工藝不當所致的擋邊掉塊

1.3 熱處理缺陷

熱處理（主要指淬、回火工藝）是實現軸承套圈高強韌性的重要工（gōng）藝，對套圈質量的影響較大。統計數據（jù）表明，熱處理質量缺陷約占套圈廢品的22.55%。常見（jiàn）的熱處理質量（liàng）缺陷主要有脫（tuō）碳、淬火應力裂紋、組織過熱及屈氏體不合格。

熱處理（lǐ）脫碳是指套圈淬回火過程中表層碳含（hán）量低於正常含量，可分為完全脫碳（tàn）和（hé）脫貧碳。完全脫碳時（shí）套圈表層為鐵素（sù）體組織（zhī），金相下呈白色；脫貧碳時該（gāi）區域馬氏體針相對基（jī）體較粗大，但均為馬氏體（tǐ）組（zǔ）織。隨著熱處理設（shè）備的改進，套圈淬回火時主要產生脫貧碳現象，會極大降（jiàng）低套圈表層的耐磨性和耐疲勞性能，局部產生拉應力，是微裂紋源區。

嚴重的熱處理脫碳會產生淬火應力裂紋，其特征（zhēng）是形狀不規則，深淺（qiǎn）不一，裂紋開口處多存在油汙（wū），金相觀察裂紋兩側無脫（tuō）碳（tàn）現象。

套（tào）圈組織過熱主要因加熱溫度過高或保（bǎo）溫時（shí）間過長而產（chǎn）生粗大的馬（mǎ）氏體針。

屈氏體不符合（hé）標（biāo）準要求主要是指加熱（rè）不（bú）足引起塊狀屈氏體或（huò）冷（lěng）卻不良形成針狀屈氏體，宏觀表現為局（jú）部軟（ruǎn）點即硬（yìng）度不合格。外圈表麵嚴重熱處理脫碳組織形貌如圖（tú）11所示，其在裝配時開裂。

圖11 外圈熱處理脫碳組織形貌

1.4 磨削缺陷（xiàn）

磨削是軸承（chéng）加工過程的關鍵工序，是（shì）實現套圈精度尺寸要求的（de）重要加工工藝。根據統計結果，磨削質（zhì）量缺陷主要指磨削燒傷、磨削裂紋及其他磨?缺陷。磨削（xuē）燒傷指表層組織燒傷（高溫回火），降低表麵耐磨性；磨削（xuē）裂紋導（dǎo）致套圈（quān）開裂，整批報廢，經濟和時間損（sǔn）失（shī）巨大。

軸承套圈磨削燒傷常見於滾道麵、內外徑麵以及端麵，其特征是內外徑麵及滾道（dào）麵呈振紋狀或斑塊狀，端麵燒傷多呈斑塊狀。磨削燒（shāo）傷冷酸洗後呈灰黑色，金相觀察組織呈（chéng）暗黑色（sè）。磨削燒傷冷酸洗組織形貌如圖12所（suǒ）示（shì）。

圖12  套圈磨削燒傷冷酸洗組織形貌

磨削裂紋多為（wéi）龜裂狀，深度較淺，金相觀察裂紋兩側無脫碳現象。磨削（xuē）裂紋（wén）常伴有嚴重的磨削燒傷，但磨削燒傷不一（yī）定產生磨削裂紋。套圈磨（mó）削過程中（zhōng），其表層應力狀態較複雜，磨削裂（liè）紋（wén）的產生是綜合應力的結果，因此分析其產生原因時需綜（zōng）合考慮，尤其是磨削前各工序的（de）加工質量，如車削質量、熱處理變形等。外圈內徑麵（miàn）熱酸洗磨削裂（liè）紋形貌如圖13所示。

圖13 外圈內徑麵熱酸洗磨削裂紋形貌

1.5 裝配質量缺陷

裝配質量（liàng）缺陷包括人為因素導致的磕（kē）碰（pèng）傷或擠壓傷（shāng），裝配工藝不當導致套圈局部受（shòu）力較大，產生變形甚至斷裂，套圈保管或操作不規範會引起腐蝕及異物汙染等。除裝配工藝不當外，裝配（pèi）質量缺陷多為人為因素，而這是（shì）可以避免的。裝配過程中（zhōng）外（wài）圈局部掉（diào）塊如（rú）圖14所示。

圖14 裝配過程中外圈局部掉塊形貌

1.6 管理（lǐ）因素

管理因素主要指套圈各加（jiā）工工序過程中由於人為因素引起的套圈機械傷（擠壓傷、磕碰傷、劃傷）以及腐蝕現（xiàn）象（酸蝕和鏽蝕），其中以套圈腐（fǔ）蝕（shí）Z為常見，占套圈廢品比例約為10%。腐蝕現象在套圈滾（gǔn）道麵Z為常見，其特征呈單一（yī）或者簇狀（zhuàng）點狀缺陷(偶爾呈線狀)，嚴重時呈凹坑狀；另外，軸承（chéng）各個加工工序過程均（jun1）有可能產生腐蝕現象。腐蝕現象雖受環境影響較大，但若操作規範完全可以避免（miǎn）。外圈滾道麵點狀腐蝕缺（quē）陷形貌如圖15所示。

圖15 外圈溝道麵點狀腐蝕缺陷形貌

2、預防措施

1）加強材料（liào）質量檢驗（yàn）。根據統計分析，目前（qián）國內軸承（chéng）鋼質量主要存在的（de）問題為表麵缺陷，其次為非金屬夾雜物。尤其注意與設計及（jí）車加工（gōng）結合（hé），車除多餘的材料缺陷；同時，控製夾（jiá）雜（zá）物尺寸，少數尺寸較大的夾雜物是應力集中點，易產生微（wēi）裂（liè）紋，若分布在表麵則造成套圈廢品或早（zǎo）期（qī）損壞；Z後（hòu），碳（tàn）化物不均勻性會影響套圈（quān）的熱處理質量，造成（chéng）力學性能不均，也會影響後續（xù）磨削（xuē）加工（如熱處（chù）理變形磨削時易產生（shēng）磨削燒傷）。?過加（jiā）強材料檢驗，從源頭減少（shǎo）軸承（chéng）套圈產生質量問題的概率。

2）優化軸承套圈加工成形工藝。優化熱處理工藝，減少套圈產生組織過熱或欠熱以及脫（tuō）碳現象（xiàng），盡量避免淬火應力裂紋產生。優化（huà）車削工藝，避（bì）免產生尖銳的車刀紋以及尖角毛刺等。同時，根據套圈尺寸要求，盡（jìn）可能多（duō）地車除材料原始缺陷。優化磨削（xuē）工藝，避免產生磨削燒傷和磨削裂紋。

3）提高操作人員（yuán）的責任（rèn）意識和操作能（néng）力，以避免套圈產（chǎn）生機械傷及腐蝕現象，同時減少軸承（chéng）安裝不當（局部偏（piān）載、未對準等）的（de）裝配問題。

作者：郭浩，雷建中，王玉良，扈林莊

來源：《軸承》（節選）

本文引用格式：

郭浩（hào），雷建中，王玉良，等.軸承套圈的常見缺陷及預防措施（shī）[J].軸承，2019（1）：66-71.