鋼珠是軸承零件中的關鍵部件,軸承正常轉動時,主要是滾動摩擦,所以對軸承表面完整性有很高的要求,尤其是航空軸承,主要用在轉速快、溫度高等惡劣條件下,對軸承中滾珠的壽命提出了更高的要求,滾珠一旦出現損傷,會對軸承的旋轉精度產生嚴重影響。
某軸承在運行159min時出現異常,拆套后檢查發現1粒滾珠表面存在裂紋,內圈、外圈等處未見明顯異常。
常見滾珠失效現象主要有剝落、磨損、碎裂等,一般滾珠失效都是軸承故障后引起。本次失效軸承運行時間較短,且較早地發現了滾珠表面缺陷,如果發現不及時,軸承再運行一段時間,該滾珠缺陷位置會形成大面積剝落,缺陷會跟著剝落一起脫落,造成剝落源丟失,可以導致對故障的根本原因造成誤判,所以針對類似剝落現象要充分全方面考慮其剝落的根本原因。
分析過程
一、外觀檢查
滾珠表面可見一處長條狀裂紋,中間寬、兩頭尖細,長度約為4.6mm寬度約0.6mm,裂紋表面呈淺灰色,其宏觀形貌及局部放大圖如下:
二、微觀觀察
滾珠裂紋呈長條狀(如上圖),對靠近裂紋端部的I區進行觀察。根據形貌特征,將I區分為A、B、C區。A區表面光滑沒有斷口形貌,局部光滑表面有小坑,個別位置還存在擠壓變形留下的條紋,B區有明顯斷裂特征,表面有疲勞擴展產生的條帶,A、B區之間存在明顯的分界線,C區斷裂特征明顯,斷口主要為韌窩(如下圖圖三)。
對裂紋II區進行觀察,斷口中心有明顯的分界,如下圖:對標記位置放大觀察,發現其與I區表面狀態相似均較光滑;其余位置斷裂特征明顯,存在疲勞條帶如下圖。
裂紋表面成分分析
通過對故障滾珠裂紋、完好球面進行成分分析,結果見下表
故障滾珠裂紋區含有o,含量較低,完好球面未檢測到O的存在。
金相組織觀察
經顯微鏡觀察,故障滾珠裂紋邊緣組織與心部組織無差異,組織均為回火馬氏體+碳化物(圖5)淬回火組織符合標準要求
裂紋位置判定
該軸承滾珠采用熱壓成形,熱壓后會形成兩極和一個環帶,成品滾珠經50%鹽酸水溶液,加熱到80℃,洗30min后,可顯現出兩極,缺陷位于一個極的邊緣,具***置見圖6
硬度檢測
滾珠的硬度檢測結果見下表、硬度均勻,符合技術要求
通過以上分析可知:故障滾珠失效性質為疲勞開裂
鑄錠中的孔洞在后續加工過程中被拉長、壓扁而保存下來,以微裂紋形式存在于鋼材內部,由于其存在亞表面、接觸應力較大區域,從而成為裂紋源,導致疲勞開裂。