调心球轴承保持架表面白斑缺陷的原因分析

　　摘　要：某批调心球轴承保持架酸洗后发现表面存在亮白色斑点，通过对其宏观形貌和微观组织的检查分析发现，表面白斑缺陷系由保持架的晶粒大小极不均匀所致。经过试验验证，认为导致保持架晶粒大小不均匀现象的原因是再结晶退火时加热温度过高。
　　关键词：滚动轴承；保持架；表面缺陷；白斑；晶粒
　　在对某批调心球轴承保持架（材料为08Al）进行冷酸洗（去锈蚀和氧化皮）时发现其表面颜色异常，存在亮白色斑点。为了探寻保持架表面出现白斑缺陷的原因，分别抽取表面异常和未经过再结晶退火工序表面正常的保持架进行了对比分析。
　　1　缺陷形貌特征
　　1.1 保持架表面白斑缺陷形貌
　　缺陷保持架和正常保持架小爪、大爪表面的 外观形貌如图1和图2所示。从图中可以看出：缺陷保持架表面粗糙，呈橘皮状，有亮白色斑点，且该斑点主要分布于大爪的四周及小爪的整个表面上；而正常保持架表面光滑，外观颜色均匀一致。
　　1.2 保持架内部宏观形貌
　　分别将缺陷保持架和正常保持架的大爪、小爪进行镶样，然后磨取金相试样并对其进行冷酸腐蚀。磨后试样外观形貌如图3所示。由图3a可以看出，经过冷酸腐蚀后，缺陷保持架磨制成的试样表面仍然可以看到明显的亮白色斑点，由此可以说明，亮白色斑点并非仅存在于表面，保持架的内部也存在亮白色斑点。从图3b可以看出，正常保持架磨制成的试样经过冷酸腐蚀后表面色泽均匀，未发现类似斑点。
　　2　保持架晶粒观察分析
　　2.1 正常保持架与缺陷保持架的晶粒对比
　　对正常保持架和缺陷保持架大爪、小爪的显微组织（晶粒度）分别进行了观察和分析研究，晶粒度的金相照片如图4所示。
　　由图4a可以看出，正常试样的晶粒比较细小、均匀，并具有一定的位向性。晶粒具有位向性 是由于保持架是钢板经过切齿、成形、整形等工序加工而成的，在冲击力的作用下产生塑性变形，晶粒的位向与变形方向大致相同，依据GB/T 6394—2002《标准金属平均晶粒度测定方法》进行评级，该晶粒度为8级。由图4b和图4c可以看出，缺陷保持架的大爪边缘与内部晶粒尺寸相差很大，边缘晶粒异常粗大，晶粒度为4.5级；而心部区域的晶粒细小、均匀，与正常保持架基本一致，从图4d 可以看出，缺陷试样小爪心部晶粒极不均匀，小爪晶粒粗大的区域晶粒度为0级。
　　2.2 晶粒大小及其均匀性与白斑缺陷的关系
　　由于材料的晶界处聚集了很多杂质，因此，晶界比晶粒内部更易腐蚀。细小晶粒区域与粗大晶粒区域相比，前者晶界密度大，即晶界总面积多，必然会降低该区域耐蚀性能。在对缺陷保持架进行酸洗时，由于晶粒大小极不均匀，小爪以及大爪的边缘存在耐腐蚀的粗大晶粒区，因此，酸洗后显示亮白色，而不耐腐蚀的细小晶粒区呈暗灰色。
　　3　粗大不均匀晶粒产生原因及形成白斑的试验验证
　　该保持架的加工过程为：剪料→切料圆环→切齿→再结晶退火→清理→成形→整形→酸洗→涂油。表面正常的保持架则未经过再结晶退火，晶粒大小极为均匀。调查表明，与表面出现白亮状斑点的缺陷保持架使用同批钢板的其他型号保持架虽然也经过了再结晶退火，但保持架表面并未出现白亮状斑点。由此可见，保持架表面出现的白亮状斑点与钢板质量无关，同时也证明，如果对保持架采用正常的再结晶退火工艺，同样也不会出现白亮状斑点。
　　为了进一步分析研究保持架表面出现白亮状斑点的成因，对3件未经过再结晶退火的保持架采用高于正常再结晶退火工艺规定的温度进行退火试验。正常的再结晶退火工艺为：加热到640℃，保温3～4h，出炉空冷。本试验选定的退火加热温度分别为700，680和660℃，保温时间为3.5h，然后出炉空冷。对其进行酸洗腐蚀，照片如图5所示。从图中可以明显地看出，3件保持架表面均存在白亮状斑点，且加热温度越高，白亮状斑点越严重。该批保持架材料为08Al，其金相组织主要由铁素体晶粒组成，在对保持架进行腐蚀检查时发现，粗大的晶粒区比细小晶粒区更耐腐蚀。
　　通过以上分析和试验可以看出，保持架表面出现的亮白色斑点是由于该批保持架在再结晶退火处理时加热温度过高造成的晶粒粗大所致。建议生产中再结晶退火工序要严格按照工艺要求进行，定期对炉膛温度及炉温均匀性进行校准，并定期鉴定热电偶和控温仪表等，以避免类似情况发生。