滾柱軸承失效分析

2018-08-25 14:02:00
陸啟蒙
原創
3531

摘 要:從失效軸承的斷口形狀入手,分析了滾柱和軸承外圈的內部夾雜物、顯微組織及裂紋形態,提出了軸承失效的原因。

三峽大壩施工用的挖掘機是從韓國進口的,在使用過程中常出現軸承斷裂,致使挖掘機不能正常工作。本文通過對失效的滾柱和軸承外圈的金相組織、顯微硬度等方面的分析,提出了軸承失效的原因。

1 失效零件宏觀檢查

1.1 滾柱

所示,在圓柱面上可看見表層剝落后產生的大小不一的凹坑,且端面受損嚴重,磨去了很多。將滾柱在凹坑處沿直徑縱向剖開后觀察,剖面右下角有倒三角形空洞,這是該處原有裂紋在開始時剝落造成的。右上角有一條從端面向柱內延伸的裂縫,長約4.5mm,裂縫在中部有分枝,裂紋瘦直剛健,尾端尖細(見圖2),具有明顯的應力裂紋特征。

1.2 軸承外圈碎片

在外圈碎片上能看到部分疲勞斷口形態。在碎片距表面0.7mm處可以看見一條與表面平行的裂縫,裂縫斷續、曲折、尾端尖細。為該裂縫的一部分,該裂紋同樣具有應力裂紋的特征。

2 非金屬夾雜物評級

(1)滾柱:硫化物l級,點狀及球狀氧化物1.5級。

(2)軸承外圈:硫化物1級點狀、球狀氧化物1.5級。

3 顯微組織檢查

3.1 滾柱

3.1.1 心部組織

心部組織為回火隱針馬氏體,粒狀碳化物及殘余奧氏體組成。

滾柱原始組織4%稍酸酒精浸蝕 ×500

3.1.2 表面凹坑周圍組織

在滾柱表面剝落形成的凹坑處觀察金相組織時發現:凹坑底部是一白亮層,其寬度約為0.18~0.5mm,長為15mm。白亮層內有三條橫向裂紋。凹坑底部次外層緊靠白亮層有一寬約0.40~0.50mm的暗區,暗區過后才是滾柱原始組織。白亮區和暗區間組織為淬火馬氏體,暗區為回火隱針細針馬氏體+少量顆粒狀碳化物+殘余奧氏體。

3.1.3 顯微硬度

為了反映三種不同顏色的組織在硬度上的區別,我們由表及里對滾柱剖面進行了顯微硬度測試,直觀地反映了顯微硬度壓痕大小變化情況:白亮層中壓痕最小,暗區內壓痕最大,顏色稍淺的原始組織壓痕居中。三個區的平均硬度值分別為:白亮區HV0.11264、暗區HV0.1551、原始組織HV0.1800。

滾柱坑底部的白亮區、暗區、原始組織及顯微硬度壓痕 ×200 4%稍酸酒精浸蝕

3.2 軸承外圈顯微組織

軸承外圈顯微組織為回火隱針馬氏體+少量粒狀碳化物及殘余奧氏體。

3.3 表面硬度

3.3.1 滾柱

滾柱表面上大多數點的硬度在HRC60~61之間,但也有的地方縱向一條線硬度均為HRC56~57之間。

3.3.2 軸承外圈碎片硬度

經測試,軸承外圈碎片內表面硬度為HRC58~59。

4 滾柱表面坑產生原因分析

從白亮區的淬火馬氏體組織我們可以推知,滾柱在運轉過程中因為彼此壓得太緊,因摩擦產生了大量的熱,被擠壓部位就形成了高溫區,由于有潤滑油存在,因此表面上高溫部位被重新淬火,形成了淬火馬氏體(腐蝕后呈白亮色)。由于局部高溫的作用,使緊靠表面的次表層又接受了一次回火,因此次回火溫度高于滾柱原來熱處理時的回火溫度,致使次表層硬度下降,極易剝落,剝落后就形成了坑,我們所看到的凹坑底部的白亮區實際是表層剝落后殘留下來的。

由此,我們不難得出結論:滾柱上的裂紋是由于滾柱裝配過緊,運轉時彼此撞壓,使局部發生了組織轉變,在巨大的組織應力作用下產生的,因此具有應力裂紋特征。由于組織轉變使得軸承內滾柱體積變大,使軸承外圈內表面承受了極大的壓應力,因而最終被撐裂。

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焊接螺柱的焊機叫什么?(答案:螺柱焊機)
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