分析認(rèn)為，軸承鋼球淬火開裂與鍛造及熱處理工藝密切相關(guān)。鍛造加熱時間或溫度控制不當(dāng)，造成鋼球過熱或過燒，故晶粒粗大，工件韌性下降。另一方面，西120mm鋼球中心部位鍛造變形小，冷卻速度也較小，因而該部位再結(jié)晶晶粒粗大，造成鋼球裂紋斷裂最易先在中部發(fā)生。

從熱處理工藝分析，由于進(jìn)行鍛后余熱淬火，F(xiàn)AG軸承鋼球未進(jìn)行球化退火處理，故晶粒粗大，并存在帶狀組織；同時，淬火馬氏體中碳含量很高，鍛后淬火中入水溫度偏高，使鋼球淬火應(yīng)力增大。分析認(rèn)為，西120mm鋼球采用水冷淬火，溫度分布很不均勻，形成很高的組織應(yīng)力，其表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)．內(nèi)部為拉應(yīng)力，內(nèi)部拉應(yīng)力是造成工件斷裂的主要原因。此外，軸承鋼球水淬冷卻能力強(qiáng)，且工件內(nèi)層狀組織粗大，接近心部處存在較硬的組織，使工件心部韌性差，存在裂紋開裂隱患。工件生產(chǎn)中淬火后未及時回火，淬火后應(yīng)力很高而沒有得到消除和釋放，從而導(dǎo)致鋼球開裂損壞。

綜上分析，提出高碳馬氏體鋼球防止開裂工藝改進(jìn)措施如下：

(1)鍛造。加大鍛造比，嚴(yán)格鍛造工藝控制，防止鍛后心部組織粗大。

(2)淬火前增加球化退火，細(xì)化組織，使工件淬火后呈細(xì)針狀(細(xì)片狀．) 馬氏體，防止淬火后產(chǎn)生粗大組織。

(3)降低軸承鋼球淬火入水溫度，提高出水溫度，可使工件淬火應(yīng)力明顯減小和緩和。 

(4)淬火后及時回火，消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，進(jìn)一步去除工件產(chǎn)生開 裂的隱患。

采用上述工藝改進(jìn)后，F(xiàn)AG軸承鋼球淬火開裂失效現(xiàn)象消除，工件熱處理后質(zhì)量優(yōu) 良，生產(chǎn)運(yùn)行良好。

軸承鋼球開裂的原因有哪些？舉例說明

鋼球是球軸承總承載載荷的滾動體，也是軸承重要的組成部件之一，但是我們在使用軸承過程中，常會發(fā)現(xiàn)軸承鋼球開裂的現(xiàn)象，比如說：軸承鋼球磨損痕跡，軸承鋼球有明顯的擠壓，軸承鋼球局部缺損，軸承鋼球上出現(xiàn)裂紋和鋼球表面剝落等。

那到底哪些原因會造成軸承鋼球開裂呢？

1、根據(jù)軸承鋼球開裂斷口進(jìn)行分析，有些部位材質(zhì)均呈線狀分布，邊緣光亮且凹凸不平，有明顯的擠壓和磨損痕跡的這些軸承鋼球斷裂現(xiàn)象。

經(jīng)分析可能會有三種可能造成軸承鋼球開裂：

(1)鋼球是在安裝到軸承內(nèi)部后使用過程中開裂的，開裂方向均為材料軋制方向。

(2)鋼球心部存在明顯的疏松條帶，帶狀碳化物超標(biāo)且表面含有氧、鈣、鎂等異常元素。另外，條帶深度約0.25mm,由此確定鋼球心部存在縮孔殘余，屬于冶金缺陷，這也是導(dǎo)致鋼球在使用過程中發(fā)生開裂的主要原因。

(3)鋼球的淬回火組織過熱使其脆性增大，降低了抗壓強(qiáng)度，使鋼球更容易發(fā)生開裂。

當(dāng)鋼球尺寸較小或斷口擠壓、磨損較嚴(yán)重時，無法確定材料軋制方向，也難以進(jìn)行常規(guī)的斷口分析，此時可以通過金相法，通過觀察缺陷形貌與金相組織的關(guān)系找到開裂的主要原因。

2、這種軸承鋼球整體表現(xiàn)光亮，未見高溫變色，但有一條裂紋大約有10mm左右，裂紋的附近存在剝落的現(xiàn)象。

經(jīng)分析得出，這種軸承鋼球的開裂原因主要由于淬火加熱溫度過高，碳化物大量溶解，使奧氏體含碳量明顯增加，冷卻時就在晶界形成網(wǎng)狀或半網(wǎng)狀碳化物。觀察與分析故障鋼球金相組織，得出：故障鋼球在淬火過程中出現(xiàn)了過熱現(xiàn)象。同時,鋼球組織中存在帶狀碳化物，使貧碳區(qū)在熱處理過程中過熟。從而使鋼球在淬火時產(chǎn)生較大變形易導(dǎo)致淬火裂紋產(chǎn)生。也就是說淬火溫度過高所導(dǎo)致的淬火裂紋。

淬火裂紋是指在淬火過程中或在淬火后的室溫放置過程中產(chǎn)生的裂紋，屬于宏觀裂紋，由宏觀內(nèi)應(yīng)力引起。發(fā)生淬火開裂后，在后續(xù)工作過程中，鋼球在淬火裂紋缺陷的影響以及周期脈動接觸應(yīng)力作用下發(fā)生了接觸疲勞剝落。

注：在鋼球熱處理過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理工藝參數(shù)，以保證熱處理溫度和保溫時間的穩(wěn)定。

3、有的軸承鋼球呈現(xiàn)局部凸起，或呈橢圓狀，但是脫殼后的鋼球表面光亮、完整的想象。

造成軸承鋼球這種現(xiàn)象的原因可能是運(yùn)轉(zhuǎn)條件等外來因素造成的，但相當(dāng)一部分是由于鋼球自身因素導(dǎo)致的。如原材料缺陷或制造缺陷等，而原材料因素又主要分為表面缺陷、低倍組織缺陷和顯微組織缺陷三種方面的影響。另一部分軸承鋼球失效的原因也可能是疲勞所致。

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軸承套圈常見開裂宏觀形貌及原因
軸承套圈是軸承組成零件中重要部分之一，其軸承使用過程中，軸承套圈開裂、斷裂是常見的一種損壞形式，有些軸承在早期使用過程中套圈就進(jìn)行開裂，有的軸承在使用過程中因為疲勞而斷裂。

1、深溝球軸承外圈開裂宏觀形貌圖及原因

軸承斷裂宏觀形貌圖，軸承外圈發(fā)生斷裂，斷面基本垂直于表面，如圖1中的箭頭所指，斷面起始于圖中滾道右側(cè)的外內(nèi)徑下表面，向外表面并向左側(cè)快速擴(kuò)展至斷裂。軸承外圈斷口沒有明顯的塑性變形，呈脆性的斷裂特征。

經(jīng)過分析，該軸承套圈在熱處理過程中，熱處理爐內(nèi)的保護(hù)氣氛是多種氣體的混合物，有氧化性氣體、中性氣體、還原性氣體和滲碳性氣體等。在高溫下加熱時其化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，不論是脫碳反應(yīng)，還.是增碳反應(yīng)，除自由氧原子的參與外，都能在一定條件下達(dá)到平衡，甚至進(jìn)行可逆反應(yīng)。爐內(nèi)碳勢的高低，對滲碳層厚度、含碳量以及碳濃度梯度有很大的影響。

一般來說，爐內(nèi)碳勢越高，碳濃度梯度越陡，形成粗大和網(wǎng)狀碳化物的傾向越大。為了避免碳勢過高，引起軸承套圈表面增碳現(xiàn)象，熱處理時不能急劇加熱，需采用適當(dāng)?shù)募訜釡囟龋逛摰木Я２婚L大為好。正確選擇和設(shè)計加熱介質(zhì)、加熱速度、加熱溫度和保溫時間等加熱參數(shù)；嚴(yán)格控制爐溫均勻性，不能波動過大。通過控制爐內(nèi)碳勢來嚴(yán)格控制軸承套圈的碳濃度及濃度梯度，從而保證套圈的熱處理質(zhì)量和使用壽命。

2、開裂的軸承套圈的宏觀形貌圖及原因

如圖3所示，此時在使用過程中發(fā)生開裂的，圖3上中粗頭圈裂紋沿縱向發(fā)展并且較直，裂紋已經(jīng)穿透該軸承套圈壁厚，在其外壁課件環(huán)狀顏色較暗的氧化區(qū)域，黑色氧化區(qū)域帶寬約為26mm，同時在外壁可見許多大小不一、深淺不均的剝落凹坑，深度約為10.5mm。軸承套圈斷口上裂紋從凹坑底部向軸承套圈表面呈河流花樣擴(kuò)展，由此可見裂源在軸承套圈表面凹坑的底部或靠近底部位置。人為打開斷口，打開后的軸承套圈斷口宏觀形貌，如圖4所示。


軸承套圈一旦發(fā)生接觸疲勞剝落將導(dǎo)致其失穩(wěn)，加之材料硬度高、脆性大，在局部剝落的區(qū)域開始發(fā)生一次性脆性斷裂，即較直的宏觀裂紋，微觀斷口較平直，呈解理特征快速擴(kuò)展，且快速擴(kuò)展區(qū)域占斷口斷面的大部分區(qū)域。產(chǎn)生接觸疲勞的因素包括材料的組織結(jié)構(gòu)、表面強(qiáng)化工藝、工件表面粗糙度、潤滑劑以及應(yīng)力等。通過分析可見，該工件組織均勻且正常、表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，工件工作面上也未見較粗糙特征，在斷裂源處未見明顯的組織變化，故可以排除表面組織變化原因?qū)е陆佑|疲勞，即該軸承套圈表面產(chǎn)生接觸疲勞的原因可能是接觸應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力場產(chǎn)生的微滑移共同作用的結(jié)果。

3、軸承外圈溝道表面開裂宏觀形貌圖及原因

將某斷裂的軸承外圈進(jìn)行酸浸處理后，肉眼觀察可見溝道表面顯示嚴(yán)重的黑色燒傷斑痕跡與磨削方向基本垂直的平行分布的橫向裂紋，如圖5所示，摔開斷口上呈現(xiàn)月牙形燒傷層，斷口呈細(xì)瓷狀，由溝道處啟裂快速向里推進(jìn)至完全斷裂，見圖6所示。


軸承外圈溝道表面平行狀裂紋屬典型的磨削裂紋，導(dǎo)致其磨削開裂主要是由磨削量過大和磨削工藝條件惡劣等因素引起的；其次，軸承外圈回火不充分，亦增加了其磨削開裂的敏感性。建議改進(jìn)軸承外圈的回火工藝，采用170C×4h回火，可減小磨削拉應(yīng)力，使金屬體積更趨穩(wěn)定；另磨削加工時需嚴(yán)格控制進(jìn)磨量，充分冷卻，及時修整砂輪，可有效防止磨削開裂。

4、軸承內(nèi)圈溝道面開裂宏觀形貌圖及原因

在粗磨內(nèi)圈滾道面后，經(jīng)磁粉探傷發(fā)現(xiàn)滾道的兩側(cè)，尤其是靠近油溝處出現(xiàn)許多細(xì)小裂紋，個別套圈還出現(xiàn)了多道較深的、垂直于砂輪磨削方向的開裂及翹皮現(xiàn)象，其開裂形貌如圖7所示。經(jīng)線切割后，還出現(xiàn)整塊材料從滾道面脫落現(xiàn)象。


經(jīng)過熱酸洗后，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈兩側(cè)滾道面均有裂紋，裂紋的形狀多為網(wǎng)狀，也有垂直于磨削方向的直線裂紋，見圖8所示。


經(jīng)了解，可知軸承內(nèi)圈裂紋兩側(cè)無脫碳，裂紋產(chǎn)生于熱處理或磨削工序；滾道表面存在嚴(yán)重的二次淬火和高溫回火層，酸洗后裂紋分布呈網(wǎng)狀或與磨削方向垂直，而淬火馬氏體在合格范圍內(nèi)，因此,內(nèi)圈滾道面上的裂紋是磨削裂紋。內(nèi)圈一側(cè)滾道面上的裂紋較深，說明該側(cè)滾道面在磨削過程中所承受的磨削應(yīng)力和熱應(yīng)力均較大，因而造成金屬脫落的面積及厚度也較大。

為避免磨削裂紋的產(chǎn)生就要減少磨削熱的產(chǎn)生和加速熱量的散發(fā)。可以采取的預(yù)防措施有：

(1)選擇恰當(dāng)?shù)那邢饕海M(jìn)行充分而均勻的冷卻。

(2)選擇合適的砂輪。在磨料確定的前提下，可選用硬度較低、組織號大的砂輪并及時修整，因為大氣孔砂輪自銳性好，散熱性佳，可有效避免燒傷和磨削裂紋。

(3)合理選擇磨削進(jìn)給量，減小進(jìn)刀量，提高工件圓周速度也可降低磨削溫度，減少燒傷，從而避免磨削裂紋。

5、軸承齒圈開裂宏觀形貌圖及原因

此齒圈的斷裂位置位于其中一個螺栓孔處，并且沿著孔內(nèi)壁已經(jīng)裂透，截取斷口部位清洗后觀察，其宏觀形貌見圖9，可見孔內(nèi)壁存在銹蝕現(xiàn)象，且銹蝕不均勻，裂紋起源于螺栓孔內(nèi)壁銹蝕相對較嚴(yán)重的區(qū)域，呈多源特征，斷面上可見明顯的貝殼紋特征，并且裂紋擴(kuò)展區(qū)占整個斷口的95以上，瞬斷區(qū)靠近齒圈內(nèi)、外兩側(cè)，瞬斷區(qū)面積<5，且存在明顯的擦傷痕跡。


在低當(dāng)量應(yīng)力幅和長壽命范圍內(nèi)，裂紋起始壽命主要取決于裂紋起始門檻值。在同一當(dāng)量應(yīng)力幅下，裂紋起始門檻值越高，則裂紋起始壽命越長，要使材料具有高的裂紋起始門檻值，主要是提高其屈服強(qiáng)度。而該開裂齒圈的屈服強(qiáng)度值低于技術(shù)要求值，即其疲勞壽命較短。

齒圈在長期使用過程中，于孔內(nèi)壁產(chǎn)生氧化腐蝕，并且不同的孔、孑L的不同部位氧化腐蝕深度不同，在腐蝕坑底部甚至還出現(xiàn)了微裂紋。

腐蝕坑以及微裂紋都使得材料的疲勞門檻值降低，同時在腐蝕坑以及微裂紋處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以當(dāng)齒圈服役中存在交變載荷的情況下，在腐蝕較深的腐蝕坑處首先萌生微裂紋，并且在后續(xù)使用過程中，在交變載荷的作用下裂紋以疲勞方式不斷擴(kuò)展。由于齒圈在受到工作應(yīng)力作用的同時還承受切向拉應(yīng)力的作用，一旦裂紋萌生，切向拉應(yīng)力會加速裂紋的擴(kuò)展；同時由于齒圈被固定在設(shè)備上，其兩側(cè)均被約束，故受到震動的振幅較小，同時由于所受應(yīng)力較小，裂紋以疲勞擴(kuò)展的過程較長，所以擴(kuò)展區(qū)占整個斷口面積的比例很大。