王（wáng）豔華，崔冬芳，安天生
（鐵道部產品質量監督檢驗中心，北京 100081）
摘（zhāi） 要：客車軸箱滾動軸承運行僅40×104km後發現軸承失效。采用（yòng）化學（xué）分（fèn）析、硬度測定、掃描（miáo）電子顯微鏡（jìng）檢查和金相（xiàng）分析方法，對失效（xiào）軸承滾動元件的化學成分、硬度、顯微組（zǔ）織和（hé）滾動道（麵）上的（de）點狀缺陷（xiàn）的形貌特征（zhēng）進行了分析。分析結果表明（míng），軸承失效是由於電（diàn）點蝕所致。提出了預防電點蝕的措施。
關（guān）鍵詞：鐵路客車；軸承失效；電點蝕
1 引言
某客車車（chē）輛在段修（xiū）時，發現（xiàn）軸箱軸承（chéng）滾子滾動麵和套圈滾道麵存在許多不規則及不連續分布的麻點狀缺陷，致使軸承早期失效。該軸（zhóu）承係從（cóng）國外進口的徑向短圓柱滾子軸承（chéng），正常運行情況下軸（zhóu）承使用（yòng）壽命（mìng）為280×104km。該（gāi）軸承運行僅約40×104km。
2 試驗方法及結果
2.1宏觀（guān）檢查
軸承解體清洗後，檢查滾子（14粒）滾動麵和套圈（內外圈各1件）滾道麵，在滾動（道）麵（miàn）上均存在宏觀特征相同的不規則及不連續分布的麻點狀缺陷。缺陷宏觀特征形貌見圖1。
2.2化學成分（fèn）分析
在滾子和套（tào）圈上取樣進行化學成分分（fèn）析。該軸（zhóu）承（chéng）滾子和套圈材料分別為100CrMn6和100CrMo7（相當（dāng）於我（wǒ）國的GCr15SiMn和（hé）GCr18Mo鋼種），化學成分分析結果（guǒ）（質量（liàng）分數）見（jiàn）表1。由表1可見，滾子和套（tào）圈化學成分（fèn）均符合DIN17230-1980[1]標準中規定的相關（guān）技術條件要求。
2.3硬度測定
對軸承滾子和套圈（quān）進行硬度測（cè）定。硬度測試位置在部件（jiàn）未受磨損的原加（jiā）工表麵上。具體測定（dìng）方法是，在滾子端麵上測試3點，在套圈端麵上（shàng）間隔120°的三個位置上分別測試。硬度測定結果見表2。
測定結果表明，滾子和套圈的硬度（dù）及同一部件硬度不均勻（yún）性均符合JB/T1255-2001[2]標準中規定的相應技術要求。
2.4掃描電子顯微缺陷形貌觀察
將滾子和套圈切片製樣，用掃描電子顯微鏡觀察滾子滾動麵和套圈滾道麵上的麻（má）點狀缺（quē）陷特征（zhēng）。發現（xiàn），在滾子和套圈滾動（道）麵上的麻點狀缺（quē）陷均呈現熔融狀、灼熔（傷）點脫（tuō）落和周圍受熱影響跡象（xiàng）。掃描電子顯微鏡觀察麻點狀缺陷形貌特征見圖2。
2.5金相分析
從掃描電（diàn）子顯微鏡觀察試片上製取金相試樣，用（yòng）光學顯微鏡檢查。觀察麵為垂直於滾動（道）麵且有麻點缺陷區域（yù）的（de）橫截麵。檢查（chá）結果表（biǎo）明，滾子和套圈的基體顯微組織符合（hé）JB/T1255-2001標準中規定的相關技術要求。但在麻（má）點（diǎn）處均呈現異常組織，即在（zài）滾動（道）麵上形成有（yǒu）白層和受熱影響的顯微組織。圖3和圖4給出了滾動（dòng）（道）麵的典型變異顯微（wēi）組織特征。
3 分析（xī）和討（tǎo）論
上述檢測結果表明，該軸承的化學成分符合DIN17230-1980標準中規定的技術要求，硬度及其不均勻性和（hé）顯微（wēi）組織（zhī）（基（jī）體）均符合JB/T1255-2001標準中規定的相（xiàng）應技（jì）術要求。這充分說明，該（gāi）軸承的材料和熱處理方麵不存在（zài）質量問題。
滾動道（麵）麻點缺陷形貌的掃描電鏡觀（guān）察和顯微組織分析表明（míng），麻點缺陷呈熔融（róng）凹坑狀形貌特征（圖2），而在其附近的顯微組（zǔ）織呈現非正常組織，即在點狀缺陷處（chù）產生了二次淬火組（zǔ）織（zhī）和（hé）高溫回（huí）火組織。圖3中月牙形白層為局部熔化（huà）區凝（níng）固後形成的淬火組織，該白層下方黑色區域為高溫回（huí）火區並（bìng）出現白層脫落後形成的凹坑；而（ér）圖4中半月牙形組織是僅受到過熱影響而形成（chéng）的淬火組織（zhī），半月形（xíng）下方黑色區域為高溫（wēn）回火組織。
對於麻點缺陷的形成原因是，車輛在製造和（hé）檢修中進行焊接作業時易在軸承部位發（fā）生放電現象，使其滾動（道）麵上局部位置瞬時熔化，形成焊點或灼燒點。當滾動部（bù）件（jiàn）高（gāo）速運轉時，焊點或灼燒點沿薄弱的高溫回火組織撕開（kāi）和（hé）脫落，Z終形成麻點。
此類麻點是典型的電點蝕產生的缺陷，其形（xíng）成是（shì）由於焊接作業時的電流通（tōng）過軸承且在滾動（道）麵局部位置產生（shēng）電火花和電弧所致[3]。由於大量麻點狀缺陷的（de）存在，破壞了軸（zhóu）承滾動（道）麵的潤滑狀態及（jí）影響了軸承的正常運轉，從而導（dǎo）致軸承早期失效（xiào）。
4 結論及建議（yì）
（1）大量無規則和不連續的麻點（diǎn）狀缺陷的存在是導致軸承失效的原（yuán）因。
（2）該軸承（chéng）的麻點是典型的電點蝕形式的缺陷。電點蝕的（de）產生是由於焊接作業時的電流通過軸承且在滾動（道）麵（miàn）局部位置產生電火花及電弧所致。
（3）為預（yù）防軸承滾動道（麵）在運行和製造或檢修（xiū）時產生放電現（xiàn）象，建議采取如下措施：①引入旁路電路，使套圈間短路；②采用絕緣軸承（chéng）；③車輛製（zhì）造或檢修（xiū）進行焊接（jiē）作業時，需將軸承接地（dì）。
參考文獻
[1]DIN17230-1980，滾動軸承鋼供貨技術條件[S].
[2]JB/T1255-2001，高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件（jiàn）熱處理技術條件[S].
[3]美（měi）國金屬學（xué）會編.失效分析與預（yù）防，金屬手冊[M].北京:機械工（gōng）業出版，1986.10.
來源：《理化檢驗-物理分冊（cè）》2004年6月
