圓柱滾子軸承外圈滾道剝落原因研究
2009-02-27
1 引言 滾動(dòng)軸承在某些使用條件下，常常會(huì)因?yàn)閮?nèi)在或外在因素的影響，沒(méi)有達(dá)到其計(jì)算壽命而發(fā)生早期損傷。分析滾動(dòng)軸承發(fā)生早期損傷的情況，其中軸承外圈滾道剝落是重要因素之一。本文在研究以往試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)圓柱滾子軸承外圈滾道的剝落原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。 2 以往試驗(yàn)結(jié)果分析 2.1 宏觀分析 對(duì)發(fā)生滾道剝落的軸承外圈進(jìn)行外觀檢查，其剝落區(qū)大都分布在滾道的一邊，在剝落區(qū)內(nèi)，所有滾柱的圓柱面上分布著許多受熱氧化變色為深棕色條帶，在與滾道剝落處相對(duì)應(yīng)的滾柱一側(cè)，氧化變色較為嚴(yán)重，表面還有許多壓痕，滾柱一側(cè)端面磨損擦傷，另一側(cè)端面在靠近外徑處有輕度的受氧化變色環(huán)，呈淺棕色。 2.2 化學(xué)成份分析 對(duì)軸承外圈的化學(xué)成份進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)下表: 表1 化學(xué)成份/％ C Mn Si Cr S P 1.02 0.36 0.30 1.55 0.013 0.004 2.3 硬度測(cè)定 硬度（HRC）測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2: 表2 套圈位置 外套端面(打字面) 端面(非打字面) 外徑 內(nèi)徑(滾道面) 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 材料質(zhì)量分析 表3 非金屬夾雜物（級(jí)） 顯微組織（級(jí)） 氧化物 硫化物 點(diǎn)狀變形 硫化物帶 碳化物液析 網(wǎng)狀碳化物 1.5 2.0 0 1.5 0 1.5 目前，國(guó)外軸承材料大都采用了真空脫氧鋼，含氧量規(guī)定在15ppm以下，而我國(guó)只有個(gè)別鋼廠才能達(dá)到這個(gè)要求，其它大部分鋼廠都不具備條件，造成滾子材料組織大于4級(jí)，裂紋較多。 在材料質(zhì)量分析中，非金屬夾雜物和顯微組織采用YJZ84標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，套圈中硫化物雜質(zhì)級(jí)別超標(biāo)。對(duì)剝落外圈進(jìn)行檢測(cè)，在剝離源處，距源0.5mm～1mm縱向磨制金相試樣，觀察到在距剝離表面0.36mm-0.49mm范圍內(nèi)，存在著鏈狀脆性?shī)A雜物，這些夾雜物處還有微細(xì)震紋。在同一金相試樣上，稍離源處，距剝離表面約0.8mm處也存在著鏈狀脆性?shī)A雜物。沿著剝離源縱向磨制金相試樣，在源處及其附近，同樣觀察到鏈狀脆性?shī)A雜物。在距剝離表面0.3mm處的夾雜物間有微小裂紋，在距剝離表面0.68mm處也存在著長(zhǎng)約0.56mm的鏈狀脆性?shī)A雜物。 以上情況說(shuō)明，在外套滾道表層存在著較多鏈狀脆性?shī)A雜物，有些已超過(guò)YJZ84標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定的合格級(jí)別。 對(duì)于外圈的金相組織，在剝離源處剝離表面下的組織為細(xì)小結(jié)晶馬氏體+細(xì)針馬氏體+細(xì)小粒狀碳化物帶狀分布+殘余奧氏體+少量點(diǎn)、針狀屈氏體。在剝離處邊緣，滾道表面雖未剝落，但在表面下已有平行的裂紋，滾道表層的組織為細(xì)小結(jié)晶馬氏體+細(xì)針馬氏體+細(xì)小粒狀碳化物+殘余奧氏體+少量點(diǎn)、針狀屈氏體。隨著向內(nèi)部深入，非馬氏體組織有所增加，但在離表面3mm處，非馬氏體組織超出了規(guī)定的合格級(jí)別。 2.5 套圈熱處理質(zhì)量分析按軸承零件熱處理質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)檢查，其外圈淬、回火組織，見(jiàn)表4。 表4 距表面深度/mm 表層 1.0 2.0 3.0 組織級(jí)別/級(jí) 6 <7 <9 9 3 結(jié)論 1.從宏觀組織看，剝落偏在滾道一邊，這主要是軸承在使用過(guò)程中受力方向偏，使?jié)L柱與滾道不均勻接觸，軸承滾道有限區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生過(guò)載負(fù)荷，造成軸承外圈滾道早期疲勞剝落。因此，滾動(dòng)軸承在安裝過(guò)程中，應(yīng)避免內(nèi)外套傾斜，使?jié)L柱在滾道上均勻接觸，避免局部過(guò)載現(xiàn)象，同時(shí)在軸承的使用過(guò)程中，應(yīng)盡量避免軸承傾斜工作。另外，產(chǎn)生力偏的原因還與軸承箱及軸的強(qiáng)度有關(guān)，由于支承箱體或軸的強(qiáng)度差或零件之間的配合不合理，剛性不夠，造成了軸對(duì)外套的傾斜，這樣應(yīng)力不是分布在強(qiáng)固的圓柱濕式機(jī)械加工系統(tǒng)市場(chǎng)前景廣闊有關(guān)專家指出，濕式機(jī)械加工排屑及冷卻液凈化系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)剛開(kāi)始起步，大多數(shù)機(jī)加工企業(yè)對(duì)其還缺乏了解。如能推廣應(yīng)用該系統(tǒng)，將會(huì)產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，市場(chǎng)前景十分廣闊。據(jù)了解，濕式機(jī)械加工系統(tǒng)在國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已被普遍采用，妥善地解決了金屬切削加工過(guò)程中的一系列問(wèn)題，促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展。而在國(guó)內(nèi)，目前普遍采用單機(jī)冷卻潤(rùn)滑，僅在少數(shù)技術(shù)比較先進(jìn)的工廠采用了集中冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)。根據(jù)國(guó)家規(guī)劃，到2010年，我國(guó)汽車年產(chǎn)量要達(dá)600萬(wàn)輛，需要對(duì)大型發(fā)動(dòng)機(jī)廠進(jìn)行技術(shù)改造。為此，在一些大批量生產(chǎn)的機(jī)械加工工廠和軸承、摩托車、拖拉機(jī)等行業(yè)推廣應(yīng)用濕式機(jī)械加工系統(tǒng)是非常必要的。它能促進(jìn)我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品更多、更快地打入國(guó)際市場(chǎng)，為國(guó)家創(chuàng)收外匯，同時(shí)減少對(duì)這類設(shè)備的進(jìn)口。機(jī)械工程師第5期要目預(yù)告現(xiàn)代模具技術(shù)綜杜志俊述程換新馮華偉湯小輝仲高艷劉峰董兆林任玉波叢娟白成志洪亮張幼昕李軍韓成賀壓力容器結(jié)構(gòu)大型化的發(fā)展趨勢(shì)車床尾座自動(dòng)進(jìn)給鉆鏜軸孔短直刃可轉(zhuǎn)位刮削滾刀C616車床的數(shù)控改裝用數(shù)控車床加工石油油管螺紋利用AutoCAD繪制零部件目錄成組技術(shù)在CAD中的應(yīng)用機(jī)車車軸磨削在線測(cè)量系統(tǒng)的研制簡(jiǎn)易汽車制動(dòng)鼓鏜削機(jī)的設(shè)計(jì)與制造提高聚四氟乙烯零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)措施滾壓及其應(yīng)用三例一種管道過(guò)濾器的改進(jìn)設(shè)計(jì)改進(jìn)密封裝置解決油缸漏油滾子軸承的外滾道的整個(gè)寬度上，而是集中在一邊，形成點(diǎn)接觸，所以造成一邊剝落。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證軸承箱和軸具有足夠的強(qiáng)度，并使各零件之間的配合合理，保證其剛度。 2.在材料質(zhì)量分析中發(fā)現(xiàn)，外滾道剝落源外存在較多的鏈狀脆性?shī)A雜物和碳化物帶狀分布，鏈狀脆性?shī)A雜物的存在破壞了基體的連續(xù)性，有利于裂紋的萌生，碳化物帶狀分布同樣有利于裂紋的萌生�？梢�(jiàn)，非金屬夾雜物是導(dǎo)致滾道早期剝落的內(nèi)在原因。因此，在軸承鋼的冶金質(zhì)量上應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行控制。另外，通過(guò)對(duì)鋼材的含氧量進(jìn)行抽樣檢查，發(fā)現(xiàn)有的鋼材含氧量竟高達(dá)35ppm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。有的鋼材沒(méi)有采取任何脫氧措施，從而導(dǎo)致軸承的壽命受到嚴(yán)重影響。因此，應(yīng)對(duì)軸承的原材料進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，選擇優(yōu)質(zhì)原料的鋼材。 3.通過(guò)對(duì)套圈熱處理質(zhì)量的分析，為了獲得馬氏體，必須提高加熱溫度和采用快速油淬火，而這樣又帶來(lái)了熱處理應(yīng)力集中等一系列問(wèn)題，例如象油溝、打字、甚至表面碰撞一下，在熱處理之后都會(huì)招致應(yīng)力裂紋。因此，為了防止蓄積應(yīng)力，在熱處理之前，在車工工序就要打好基礎(chǔ)，例如車油溝、倒角時(shí)要使刀具保持鋒銳，打字要減少字?jǐn)?shù)、減小深度。嚴(yán)防車工運(yùn)搬中磕碰傷等等。熱處理過(guò)程中，盡量按不同的“壁厚”調(diào)整加熱溫度，使溫度控制在下限范圍，并充分冷卻。關(guān)于熱處理的組織問(wèn)題，根據(jù)鋼材的化學(xué)成份，應(yīng)確定允許的級(jí)別。此外，滾道大面積剝落還可能與馬氏體的深度有關(guān)，應(yīng)使馬氏體的深度超過(guò)3mm，因而如何減少3mm以內(nèi)馬氏體量又不致造成淬火裂紋將是今后研究的課題。