軸承過早失效的金相分析(二)
發(fā)布時間: 2010-07-08 點擊次數: 2486次
三、結果分析
1.磨削質量對軸承過早失效的影響從以上的測試結果可以判定,滾道一側的磨削裂紋和磨削燒傷是引起套圈崩裂、導致軸承過早失效的一個直接原因、本例揭示的裂紋宏觀形態(tài)與磨削燒傷的分布特征說明,滾道的原始位置過偏或滾道的R不圓,使?jié)L道的一側磨削余量增大,當粗磨階段進給量大、磨削速度快時,整個滾道就產生了不均勻的磨削。如果砂輪不及時修整,將促使磨屑嵌入或粘著造成砂輪孔隙堵塞而鈍化,由此會引起砂輪不平衡度增高,主軸振動加劇,甚至機床振動而發(fā)生磨削顫振。顯然磨削力就發(fā)生周期性變化,形成間斷性的燒傷條帶。
這樣磨削區(qū)的率擦力與磨削力勢必就會增高,產生較高的磨削熱。當磨削區(qū)表面瞬間溫度高達或超過Acm時,滾道局部被磨表面將重新奧氏體化。此時體積膨脹,而內層的低溫部分則阻礙其膨脹,產生表面壓縮而內層為伸脹的熱應力。當砂輪脫離磨削表面后.在外部冷卻液的急冷條件下(即使是空冷),表面已奧氏體化的薄層又重新進行第二次悴火,形成高硬度的二次淬火組織,即“磨削白層”。同時由于磨削熱向內和其鄰層進行的滲透擴散作用,使之形成一層硬度較低的黑色“過回火層”,此時體積收縮,這樣在磨削表面層內就產生了較高的溫度梯度,從而引起一系列組織變化和力學性能的變化."磨削白層”系處于壓應力狀態(tài),而“過回火層”則處于zui大的拉應力狀態(tài),因此裂紋核心zui容易在此萌生,尤其是“磨削白層”與‘過回火層,的交界面上,因為這里是組織變化zui明顯突變處,拉應力zui集中,強度zui弱,當殘余拉應力值大于材料的抗破斷強度時,裂紋就向半徑方向擴展,使表層出現斷裂,即磨削裂紋。
2.二次淬火白層組織的特征
由于白層是一種奧氏體、馬氏體和碳化物共存的多相高彌散組織.奧氏體與馬氏體之間存在著共格的偽平衡系統(tǒng)以及晶格常數有差異,所以形成馬氏體時,二次奧氏體的點陣發(fā)生強烈暗變,這就導致了白層組織硬度的增高。又因奧氏體-馬氏體界面上的表面能趨于零,在腐蝕劑的作用下,組織上不產生電化學的原電池,故白層難于腐蝕,只不過它是在磨削條件下形成的白層。
3.鋼材質量和淬回火組織質量對誘發(fā)磨削裂紋的影響
淬回火狀態(tài)時馬氏體基體黑白濃度差,較高的宏觀硬度值及疏松缺陷等,也是誘發(fā)磨削裂紋的一個不可忽視的潛在因素。黑白濃度差的出現表明原始組織中存在嚴重的帶狀碳化物,由此引起帶上與帶間的碳格濃度的偏析,因此淬火后增大了帶間的過熱傾向和Ms點高低之差別,造成淬火組織和殘余應力的分布不均勻性及增加基體脆性,削弱了晶粒與晶粒、晶粒與基體、以及基體與基體之間的接合力.盡管套圈已經過低溫油回火,但由于回火不充分或該馬氏體基體在該條件下回火,其抗回火性高的原因,以致淬火馬氏體回火轉變不*,仍保持高硬度、高內應力的淬火狀態(tài)。這些因素均有利于磨削應力集中,不易分散,易與基體殘余應力疊加,特別是在超級別帶狀碳化物上伴隨有網狀、條狀碳化物時,則磨削應力zui易集中,促使零件表面形成剝落及分散分布的條狀與殘余網絡狀龜裂。明顯的疏松缺陷在成品軸承套圈上是不容許存在的。它會降低套圈的致密度,使內部富集較多的微孔隙,低熔點雜質,氣體和非金屬夾雜物.它與帶狀碳化物一樣,起到分割基體連續(xù)性作用,造成成分偏析,基體致脆,大大降低套圈的綜合力學性能,而且磨削時增大摩擦阻力和缺口敏感性,促使磨削應力高度集中,極易誘發(fā)磨削裂紋。
4.磨削裂紋的特性分析
磨削裂紋纖細,僅伸入表面淺層,開口極小,難于發(fā)現,是一種典型的表面裂紋,其性特脆,在工程上危害性極大,是所有裂紋中zui危險的一種。往往一經外力作用就使金屬內部結構的運動有了方向性,有時即使在較小的外力作用下,只要外力作用時間充分,也會產生裂紋或使零件斷裂。甚至有時根本就沒有外力,由于金屬內部的空位和塞積的遷移擴散,殘余應力的釋放,殘余奧氏體的馬氏體化相變脹應力,原子運動的加劇等,只要在一定的溫度條件下,通過表面某些缺口,諸如磨裂、燒傷、發(fā)裂、打字痕、車刀痕、銳角、疏松孔洞和局部拉應力集中區(qū)等,同樣會引起開裂(自身裂紋),形成崩裂(脫裂、脫圈、脫肩和脫緣),造成大片的剝落塊。
磨削裂紋zui常見的宏觀形態(tài)有兩種,即與磨削方向成直角的若干平行線和龜甲狀。而本例揭示的磨削裂紋宏觀形態(tài)較為特殊,系與磨削方向平行。正因為這樣,延遲了套圈在加工過程中發(fā)生斷裂?;蛘吡鸭y還未全形成,只是在該部位集中了較高的拉應力?;蛄鸭y已經形成,只因甚為纖細,以致于磁力探傷也無法顯示,而在熱酸蝕的作用下,沿zui大拉應力方向發(fā)展為類似于應力腐蝕裂紋(SCC)的磨削裂紋,將裂紋進一步擴大。
無疑,6205軸承在裝機時的敲擊(沖擊)引起的振動和軸與套之間的脹力引起的彈(塑)性變形,正是為套圈的崩裂提供了“天然的”外力作用與時間,當崩裂發(fā)生后就以垂直方式快速擴展為二次裂紋。
四、結論
?。?)套圈所用材料的均勻性與致密度較差是造成套圈崩裂的先天性因素。
?。?)套圈被道在強烈的磨削熱和冷卻液的作用下,表面薄層瞬時形成二次悴火磨削白層,產生較高的磨削拉應力,引起磨削裂紋與磨削燒傷。
(3)套圈回火不充分,致使馬氏體基體仍保持高硬度脆性,較高的殘余應力,以及微觀組織的不均勻性,極易促使應力疊加并誘發(fā)磨削裂紋和磨削燒傷。
(4)可以認為6205軸承過早失效是材料的冶金缺陷、熱處理缺陷和磨削裂紋等因素的綜合作用的結果,而微觀組織的不均勻性(截面組織差異)與表面局部拉應力是崩裂的根本原因。
?。?)軸承裝機時的振動和脹力正是為崩裂提供了“天然的”外力作用與時間,致使促發(fā)套圈突然發(fā)生脆性崩裂掉塊。