某特大型軸承套圈在磨削加工后無損檢測(cè)工序發(fā)現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。該軸承套圈材料為GCr15SiMn鋼，外徑800mm，高度80mm。其加工工序?yàn)椋涸牧蠙z驗(yàn)→鋸切料→鍛造→球化退火→車削加工→熱處理→磨削加工→磁粉檢測(cè)→裝配。本文通過采用宏觀檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)等分析方法，從軸承套圈的材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量對(duì)軸承套圈裂紋進(jìn)行全面檢測(cè)分析，并從熱處理工藝方面著手研究應(yīng)采取的措施，從而避免了裂紋的再次發(fā)生。
一、理化檢驗(yàn)
特大型軸承套圈在熒光磁粉檢測(cè)工序發(fā)現(xiàn)裂紋，觀察裂紋位于軸承套圈端面，呈線狀，大致沿周向分布，長度約3cm，其外觀形貌如圖1所示。
圖1 裂紋外觀形貌
在軸承套圈裂紋處進(jìn)行取樣，試樣尺寸為15mm×15mm×15mm。采用ARL-4460直讀光譜儀檢測(cè)化學(xué)成分，結(jié)果見表1。由檢測(cè)結(jié)果可知軸承套圈材料為GCr15SiMn鋼，符合GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》要求。
表1 軸承套圈的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）
在裂紋部位制取金相試樣后，檢測(cè)非金屬夾雜物，結(jié)果見表2。
表2 非金屬夾雜物檢測(cè)結(jié)果 （級(jí)）
制取金相試樣后在GX51光學(xué)顯微鏡下觀察，可見裂紋大致垂直于表面，兩側(cè)呈撕裂狀，尾部尖細(xì)，深度約6mm。其內(nèi)未發(fā)現(xiàn)氧化皮及材料夾雜物等缺陷，其局部顯微形貌如圖2所示。
圖2 裂紋截面局部顯微形貌
冷酸擦試裂紋處，裂紋兩側(cè)未發(fā)現(xiàn)脫碳及磨削燒傷。檢測(cè)顯微組織，結(jié)果依據(jù)JB/T 1255—2014《滾動(dòng)軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》進(jìn)行評(píng)定，顯微組織為馬氏體3級(jí)合格（見圖3）。依據(jù)裂紋形態(tài)及上述分析，軸承套圈表面裂紋為淬火裂紋。
圖3 顯微組織
二、原因分析
引起淬火裂紋的原因有很多，常見的影響因素有材料的冶金缺陷、淬火工藝不良，如淬火溫度過高、冷卻不良、淬火返修工藝不當(dāng)?shù)取?/span>1）由以上檢驗(yàn)結(jié)果可知，原材料質(zhì)量合格，從而排除了軸承套圈由于原材料質(zhì)量問題引起淬火裂紋的可能。2）由金相檢驗(yàn)結(jié)果可知，淬回火后軸承套圈的顯微組織為馬氏體3級(jí)，從而排除了軸承套圈由于淬火加熱溫度過高或淬火加熱時(shí)間過長引起淬火裂紋的可能。3）由于該裂紋套圈未經(jīng)淬火返修，從而排除了由于淬火返修工藝不當(dāng)引起淬火裂紋的可能。4）對(duì)軸承套圈的淬火冷卻過程進(jìn)行分析。該軸承套圈淬火冷卻時(shí)冷卻淬火介質(zhì)為快速淬火油，冷卻方式是在淬火槽中用淬火機(jī)冷卻。由于冷卻速度太快，軸承套圈表面和心部的冷卻速度差別太大，造成心表的溫差大，致使軸承套圈表面和心部不能同時(shí)收縮而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；同時(shí)冷卻速度太快，使得軸承套圈表面與心部組織轉(zhuǎn)變不一致，當(dāng)軸承套圈的心部降到Ms點(diǎn)（馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)）以下開始馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，表面早已完全轉(zhuǎn)變成馬氏體，表面的馬氏體將嚴(yán)重阻礙心部馬氏體轉(zhuǎn)變引起的體積膨脹，因而產(chǎn)生了較大的組織應(yīng)力，這些應(yīng)力使得軸承套圈因淬火而產(chǎn)生開裂。綜上分析，軸承套圈端面裂紋是在淬火冷卻過程中產(chǎn)生的。
三、改進(jìn)措施
改進(jìn)前軸承套圈的冷卻方式是淬火機(jī)冷卻；改進(jìn)后軸承套圈的冷卻方式是套圈裝架后帶架在冷卻槽中上下竄動(dòng)冷卻。用紅外測(cè)溫儀控制軸承套圈淬火冷卻出油溫度在100～110℃。按改進(jìn)措施對(duì)該類特大型軸承套圈200余件進(jìn)行了熱處理，淬回火后用里氏硬度計(jì)檢查軸承套圈硬度為59.5～60.5HRC。用便攜式金相顯微鏡檢查軸承顯微組織，依據(jù)JB/T 1255—2014《滾動(dòng)軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》進(jìn)行評(píng)定為馬氏體3級(jí)。軸承套圈加工至成品，用熒光磁粉100%檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)淬火裂紋。
四、結(jié)束語
1）特大型軸承套圈端面裂紋產(chǎn)生的原因?yàn)槔鋮s方式不當(dāng)、冷卻速度太快造成的。2）改進(jìn)措施為改進(jìn)軸承套圈現(xiàn)有的冷卻方式并控制軸承套圈的出油溫度。3）按改進(jìn)措施加工的特大型軸承套圈，避免了軸承套圈淬火裂紋的再次產(chǎn)生，產(chǎn)品滿足技術(shù)要求。
作者：郝奧玄，王云廣，李貴方，劉志強(qiáng)
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