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軸承套圈磨削變形失效分析案例

嘉峪檢測網        2019-10-30 16:22

文/尤蕾蕾、趙丹、端木培蘭

單位:洛陽LYC軸承有限公司

 

產品質量是企業實現經濟效益的前提,軸承零件的質量控制在整個機械行業是最為嚴格的。軸承零件在生產中,經常因為發生嚴重變形而導致報廢,這種情況給公司帶來很大的麻煩和巨大經濟損失。我公司4500件HM518410/01在粗磨滾道時,外徑發生嚴重橢圓變形,針對這一嚴重問題,必須徹底分析出該變形的主要原因,以便能找到有效的解決措施,避免巨大的經濟損失。

 

1.理化檢驗

(1)變形檢測

從4500件零件中隨機抽取100件套圈進行直徑變動量檢測,比例見表1,由表1可以看出套圈兩端變形較為一致,變形量大多在0.15~0.20mm之間。

表1  套圈端面的變形量及所占比例

變形量/mm

≤0.10

0.10~0.15

0.15~0.20

0.20~0.25

比例(%)

大端

2

18

55

25

小端

2

20

53

25

(2)硬度檢測

隨機抽取6件套圈,檢測其端面硬度,檢測值見表2。從表2可以看出,每件套圈端面均有硬度低值點,最低硬度達45.5HRC。

表2  端面硬度檢測值

編號

端面硬度/HRC

1

61.3

62.3

47.5

61.2

55

2

53.2

51.5

61.5

62.5

61

3

62

45

51.5

63

62

4

46

58

64

45.5

44.5

5

63

53

62

62

61.5

6

62.5

53

62.5

51.5

62

技術要求

58~64HRC

(3)燒傷檢測

隨機抽取30件套圈用4%硝酸酒精腐蝕滾道和端面,均有燒傷。見圖1、圖2。且端面比滾道燒傷嚴重,且出現二次淬火燒傷。

 軸承套圈磨削變形失效分析案例

圖1  滾道酸洗后燒傷圖片

軸承套圈磨削變形失效分析案例

取1件酸洗過的零件進行解剖分析,取樣位置在磨削燒傷處,見圖3。經測量燒傷層約1.4mm,形狀見圖4。制取金相試樣,50倍和500倍下的燒傷情況分別見圖5和圖6。從圖5、圖6可以看出試樣有嚴重的二次淬火區和高溫回火區。

軸承套圈磨削變形失效分析案例
軸承套圈磨削變形失效分析案例

(4)回火穩定性檢測

從端面檢測的硬度數據(見表2)可以看出,同一零件表面硬度差過大,無法用整個套圈進行回火穩定性試驗,只有切樣后進行回火穩定性測試,隨機挑選3件套圈進行線切割,所取試樣見圖7。

 

在原熱處理生產線(輥底爐鹽浴淬火生產線)上回火,執行原回火工藝:170℃×4h。回火后在原硬度點附近進行硬度測試,其測試結果見表3。依據標準《JB/T 1255-2014滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》,回火前后硬度差不大于1HRC時回火穩定性合格,從表3數據可以看出:該批產品熱處理回火穩定性合格。

表3  回火穩定性檢測結果     (HRC)

編號

測量點

原硬度

二次回火硬度

硬度差值

1

大端

62

61

1

小端

62

61

1

2

大端

63

62

1

小端

62.5

61.5

1

3

大端

61.5

61.5

0

小端

62.5

61.5

1

軸承套圈磨削變形失效分析案例

(5)金相組織檢測

制取金相試樣,按標準《JB/T 1255-2014滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》進行評級,該零件的金相組織為馬氏體3級,熱處理質量合格。回火組織見圖8。

軸承套圈磨削變形失效分析案例

2.分析及討論

(1)從圖1~圖6可以看出,套圈磨削過程中燒傷嚴重,磨削燒傷的產生是由于零件磨削時,磨削面受到砂輪的摩擦力、切削力等磨削力的作用,使零件表面產生塑性變形,同時產生大量的磨削熱,磨削熱會使磨削區域的局部瞬時溫度高達1000℃以上,如此大量的磨削熱如不能及時被冷卻液帶走,會使磨削表面層的組織發生變化,即形成表面變質層。當磨削熱所造成的工件表面溫度低于軸承鋼的相變點時,表面變質層為高溫回火組織,經冷酸洗后呈暗黑色,見圖2、圖5,并且該處的硬度有所降低,形成高溫回火燒傷。當工件表面溫度高于相變點,則該處的表層組織由原來的回火馬氏體轉變為奧氏體,然后由于冷卻液的急冷作用發生二次淬火,得到淬火馬氏體組織,形成二次淬火燒傷,見圖2、圖5中的灰白色區域。

 

(2)表1可以看出,套圈變形較大,套圈兩端變形較為一致,變形量大多在0.15~0.20mm之間。這是因為在磨削過程中,套圈表面層在切削力和切削熱的作用下,也會產生不同程度的塑性變形及金屬組織變化所引起的體積變化,使工件表面層產生內應力。再次加工后,內應力重新分布,產生變形。

 

(3)從表2顯示,套圈端面硬度值偏差較大,硬度值最高為64HRC,最低為44.5HRC,套圈局部硬度低為磨削燒傷造成。此外,表3中的回火穩定性檢測結果說明,熱處理后的大部分殘余應力已經消除,不足以造成后工序磨削過程產生大量的變形。

 

3.結論及改進措施

(1)該軸承零件的變形是由于磨加工時嚴重的磨削燒傷(高溫回火燒傷+二次淬火燒傷)引起的。

 

(2)磨削加工時要避免磨削燒傷,可從以下方面進行考慮:砂輪的合理選用和修整;確保冷卻液噴到磨削區,加大磨削液流量,提高磨削液壓力;適當減小磨削深度,降低進給量;盡可能減少磨削余量等。

 

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來源:尤蕾蕾熱處理生態圈

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