圆柱滚子轴承外圈滚道剥落原因研究
2009-02-27
1 引言 滚动轴承在某些使用条件下，常常会因为内在或外在因素的影响，没有达到其计算寿命而发生早期损伤。分析滚动轴承发生早期损伤的情况，其中轴承外圈滚道剥落是重要因素之一。本文在研究以往试验结果的基础上，对圆柱滚子轴承外圈滚道的剥落原因进行了分析，并提出了相应的改进措施。 2 以往试验结果分析 2.1 宏观分析 对发生滚道剥落的轴承外圈进行外观检查，其剥落区大都分布在滚道的一边，在剥落区内，所有滚柱的圆柱面上分布着许多受热氧化变色为深棕色条带，在与滚道剥落处相对应的滚柱一侧，氧化变色较为严重，表面还有许多压痕，滚柱一侧端面磨损擦伤，另一侧端面在靠近外径处有轻度的受氧化变色环，呈浅棕色。 2.2 化学成份分析 对轴承外圈的化学成份进行分析，结果见下表: 表1 化学成份/％ C Mn Si Cr S P 1.02 0.36 0.30 1.55 0.013 0.004 2.3 硬度测定 硬度（HRC）测定结果见表2: 表2 套圈位置 外套端面(打字面) 端面(非打字面) 外径 内径(滚道面) 硬度值 61.8,62.8,62.3 62,62,62 60,60.4,60.4 60.2,60.2,60.1 2.4 材料质量分析 表3 非金属夹杂物（级） 显微组织（级） 氧化物 硫化物 点状变形 硫化物带 碳化物液析 网状碳化物 1.5 2.0 0 1.5 0 1.5 目前，国外轴承材料大都采用了真空脱氧钢，含氧量规定在15ppm以下，而我国只有个别钢厂才能达到这个要求，其它大部分钢厂都不具备条件，造成滚子材料组织大于4级，裂纹较多。 在材料质量分析中，非金属夹杂物和显微组织采用YJZ84标准进行比较分析，套圈中硫化物杂质级别超标。对剥落外圈进行检测，在剥离源处，距源0.5mm～1mm纵向磨制金相试样，观察到在距剥离表面0.36mm-0.49mm范围内，存在着链状脆性夹杂物，这些夹杂物处还有微细震纹。在同一金相试样上，稍离源处，距剥离表面约0.8mm处也存在着链状脆性夹杂物。沿着剥离源纵向磨制金相试样，在源处及其附近，同样观察到链状脆性夹杂物。在距剥离表面0.3mm处的夹杂物间有微小裂纹，在距剥离表面0.68mm处也存在着长约0.56mm的链状脆性夹杂物。 以上情况说明，在外套滚道表层存在着较多链状脆性夹杂物，有些已超过YJZ84标准上规定的合格级别。 对于外圈的金相组织，在剥离源处剥离表面下的组织为细小结晶马氏体+细针马氏体+细小粒状碳化物带状分布+残余奥氏体+少量点、针状屈氏体。在剥离处边缘，滚道表面虽未剥落，但在表面下已有平行的裂纹，滚道表层的组织为细小结晶马氏体+细针马氏体+细小粒状碳化物+残余奥氏体+少量点、针状屈氏体。随着向内部深入，非马氏体组织有所增加，但在离表面3mm处，非马氏体组织超出了规定的合格级别。 2.5 套圈热处理质量分析按轴承零件热处理质量检查标准检查，其外圈淬、回火组织，见表4。 表4 距表面深度/mm 表层 1.0 2.0 3.0 组织级别/级 6 <7 <9 9 3 结论 1.从宏观组织看，剥落偏在滚道一边，这主要是轴承在使用过程中受力方向偏，使滚柱与滚道不均匀接触，轴承滚道有限区域内产生过载负荷，造成轴承外圈滚道早期疲劳剥落。因此，滚动轴承在安装过程中，应避免内外套倾斜，使滚柱在滚道上均匀接触，避免局部过载现象，同时在轴承的使用过程中，应尽量避免轴承倾斜工作。另外，产生力偏的原因还与轴承箱及轴的强度有关，由于支承箱体或轴的强度差或零件之间的配合不合理，刚性不够，造成了轴对外套的倾斜，这样应力不是分布在强固的圆柱湿式机械加工系统市场前景广阔有关专家指出，湿式机械加工排屑及冷却液净化系统，在国内刚开始起步，大多数机加工企业对其还缺乏了解。如能推广应用该系统，将会产生显著的经济与社会效益，市场前景十分广阔。据了解，湿式机械加工系统在国外工业发达国家已被普遍采用，妥善地解决了金属切削加工过程中的一系列问题，促进了生产的发展。而在国内，目前普遍采用单机冷却润滑，仅在少数技术比较先进的工厂采用了集中冷却润滑系统。根据国家规划，到2010年，我国汽车年产量要达600万辆，需要对大型发动机厂进行技术改造。为此，在一些大批量生产的机械加工工厂和轴承、摩托车、拖拉机等行业推广应用湿式机械加工系统是非常必要的。它能促进我国的机械产品更多、更快地打入国际市场，为国家创收外汇，同时减少对这类设备的进口。机械工程师第5期要目预告现代模具技术综杜志俊述程换新冯华伟汤小辉仲高艳刘峰董兆林任玉波丛娟白成志洪亮张幼昕李军韩成贺压力容器结构大型化的发展趋势车床尾座自动进给钻镗轴孔短直刃可转位刮削滚刀C616车床的数控改装用数控车床加工石油油管螺纹利用AutoCAD绘制零部件目录成组技术在CAD中的应用机车车轴磨削在线测量系统的研制简易汽车制动鼓镗削机的设计与制造提高聚四氟乙烯零件结构强度的设计措施滚压及其应用三例一种管道过滤器的改进设计改进密封装置解决油缸漏油滚子轴承的外滚道的整个宽度上，而是集中在一边，形成点接触，所以造成一边剥落。因此，在设计时应保证轴承箱和轴具有足够的强度，并使各零件之间的配合合理，保证其刚度。 2.在材料质量分析中发现，外滚道剥落源外存在较多的链状脆性夹杂物和碳化物带状分布，链状脆性夹杂物的存在破坏了基体的连续性，有利于裂纹的萌生，碳化物带状分布同样有利于裂纹的萌生。可见，非金属夹杂物是导致滚道早期剥落的内在原因。因此，在轴承钢的冶金质量上应严格进行控制。另外，通过对钢材的含氧量进行抽样检查，发现有的钢材含氧量竟高达35ppm,远远超出了规定的标准。有的钢材没有采取任何脱氧措施，从而导致轴承的寿命受到严重影响。因此，应对轴承的原材料进行严格把关，选择优质原料的钢材。 3.通过对套圈热处理质量的分析，为了获得马氏体，必须提高加热温度和采用快速油淬火，而这样又带来了热处理应力集中等一系列问题，例如象油沟、打字、甚至表面碰撞一下，在热处理之后都会招致应力裂纹。因此，为了防止蓄积应力，在热处理之前，在车工工序就要打好基础，例如车油沟、倒角时要使刀具保持锋锐，打字要减少字数、减小深度。严防车工运搬中磕碰伤等等。热处理过程中，尽量按不同的“壁厚”调整加热温度，使温度控制在下限范围，并充分冷却。关于热处理的组织问题，根据钢材的化学成份，应确定允许的级别。此外，滚道大面积剥落还可能与马氏体的深度有关，应使马氏体的深度超过3mm，因而如何减少3mm以内马氏体量又不致造成淬火裂纹将是今后研究的课题。