双半外圈角接触球轴承滚动体裂纹分析

王新伟，王晓凯 ，李淑镜

（1.哈尔滨轴承配件有限公司，黑龙江 哈尔滨 150030 ；2.哈尔滨轴承集团公司 质量管理部，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

轴承质量是关系到装机设备安全、可靠运行的重要前提，钢材的内部质量是决定轴承寿命的关键因素。因此，从材料采购、进厂检查到锻造、车工、热处理、磨工、装配各工序都要严格按工艺规程执行，确保材料在各道工序质量合格，才能保证轴承成品质量合格。某双半外圈角接触球轴承在某厂装机试车115min后，用户分解检查时发现一个钢球有裂纹。为了查明该钢球裂纹原因，进行一系列测试和模拟性试验工作。

2 试验与分析

（1）裂纹钢球形状如图 1 所示。裂纹长度为4.1mm。

（2）裂纹球表面经轻抛光，用4% HNO3酒精溶液腐蚀，经显微组织观察，裂纹边缘有脱碳，如图2所示。

（3） 裂纹钢球淬回火组织为隐晶状马氏体＋均匀分布的残留碳化物（图3），硬度测定为63～63.5HRC ，符合热处理质量标准规定。

图1 轴承滚动体（7/8"钢球）裂纹形状，2 ×,试样经4% HNO3酒精溶液腐蚀

图2 7/8〞钢球裂纹边缘脱碳，200 ×

（4） 看谱分析裂纹钢球材料为ZGCr15钢。

（5） 裂纹钢球经600℃、2h高温回火，在50%HCl 水溶液中加热至60～70℃，浸蚀40min，可见裂纹平行于球极的切线方向，位于极到环带之间的2/3 处，如图 4 所示。

（6）沿钢球两极纵向剖开，显微观察，无气孔、夹渣等缺陷。钢中的非金属夹杂物符合技术条件规定。

（7）裂纹切断金属流线（图 5），裂纹深度为2.0 mm。

通过以上试验可证明：

图3 裂纹钢球淬回火组织（合格），500 ×

图4 裂纹在钢球上分布位置，2 ×

图5 纵向剖面钢球裂纹与金属流线分布，裂纹切断流线，25 ×

（1）裂缝钢球材料和热处理质量符合相关标准规定。

（2）裂纹边缘有脱碳，说明钢球裂纹是在淬火前形成的。

（3）钢球裂纹不是材料裂纹造成的。其分布与材料裂纹方向不一致。材料裂纹在钢球上表现特征是顺金属流线分布，从一个极到另一个极，垂直于环带，裂纹边缘有明显脱碳现象。

（4）钢球裂纹不是材料内部缺陷造成的。裂纹切断金属流线，而不是平行金属流线，裂纹与材料内部缺陷分布不一致。

（5）裂纹不是冲压折叠。其分布和这种缺陷不符。

为了进一步弄清楚裂纹产生的原因，对钢球生产全过程进行调查，经过对7/8"钢球生产工艺过程进行全面分析研究，认为冲压前材料本身有外伤（非材料缺陷），在冲压时有可能产生上述钢球裂纹缺陷。

为了证明上述设想，进行以下模拟试验：

试验规程Ⅰ：用7/8"钢球原料，首先在料端部4mm 处做一外伤，用大约25°刀刃，在材料横向剁一个0.5 mm 深的口，然后冲压成球，并经过正常工艺退火、淬火和回火。

试验规程Ⅱ：和规程Ⅰ基本相同，仅使剁口底部造成一小裂纹。

两种规程的钢球淬回火后均进行600 ℃、2h高温回火，纵向剖开，测量裂纹深度，见表 1。钢球纵向剖开，经热酸洗后,裂纹分布方向与金属流线分布和故障钢球类似,见图 6 和图 7 。

表1 两种试验规程对比

由材料外伤造成钢球裂纹的试验结果可以看出：

（1）材料外伤冲压后形成的裂纹横向分布在极和环带之间，深度增加4倍左右；

（2）成形后钢球裂纹深度(除掉0.7mm加工余量)和形状 与7/8"故障球相似，裂纹切断金属流线。

图6 规程Ⅰ,剁口底部不造成裂纹的钢球金属流线与裂纹分布方向,20 ×

图7 规程Ⅱ,剁口底部造成裂纹的钢球金属流线与裂纹分布方向,20×

3 结 论

综合以上试验分析结果证明，该轴承滚动体（7/8"钢球）裂纹是由于材料外伤经冲压后形成的缺陷。