轴承零件磨削缺陷形成原因及对策

吴松林

（浙江万向特种轴承有限公司，浙江杭州　311215）

　　摘　要：磨削缺陷（磨削裂纹、严重磨削变质层、磨削烧伤）是磨加工中的常见质量问题。通过实例分析了轴承内圈磨削缺陷的形成原因及其对轴承寿命的影响，并找出了解决问题的对策。

　　关键词：套圈；磨削；缺陷；分析

　　磨削缺陷（主要指磨削裂纹、严重磨削变质层、磨削烧伤）是工模具和机械零部件磨加工中常见的质量问题，轴承零件在磨加工中也不例外。磨削缺陷的产生不仅与磨削加工工艺有关，而且还与热处理工艺和材质有着密切的联系。

　　1　磨削缺陷与形成原因

　　有两批圆锥滚子轴承内圈（30615、33216）在磁粉探伤中发现各有一个套圈滚动面上出现裂纹。该裂纹的特征是：在滚道面上沿圆周分布；裂纹特别细，经磁粉探伤后才能显现；每个套圈有一至二条裂纹。

　　进行冷酸洗后发现两内圈滚道面上均交替分布着白色和暗黑色柱状区（图1）。经线切割纵向取样检查，由滚道面向里烧伤层分为二次淬硬层（白色）+高温回火层（黑色），白色区为883HV，黑色区为525HV；裂纹深约0.6mm，垂直于滚道面向内延伸，并穿透磨削变质层（图2）。

图1

图2

　　在磨加工中，当冷却不良和（或）一次切削量过大，砂轮与滚道面擦滑产生大量的热并发生聚集，使滚道上表层瞬时温度升至Ac1以上，表层金属奥氏体化，体积收缩；而次表层金属温度高于原回火温度，致使回火马氏体向回火托氏体和回火索氏体转变，体积收缩。在随后切削液激冷作用下，表层奥氏体向马氏体发生转变，体积膨胀。在这一热一冷两个转变过程中，热应力和组织应力叠加后表面的差值拉应力超出材料本身的抗拉强度极限后，产生裂纹，裂纹的扩展通常贯穿整个变质层止于正常组织区，一般深约0.1～0.5mm，如果磨削变质特别严重，裂纹扩展至1～5mm。

　　2　磨削缺陷对轴承性能的影响

　　磨削缺陷严重影响轴承的寿命，使轴承发生早期失效。为证实这一理论，通过挑选滚道面有柱状高温回火烧伤的轴承进行试验。试验开始后不足24h，轴承振动值和噪声很快上升，轴承试验寿命远小于额定寿命。其失效主要表现形式为滚道面柱状烧伤区的金属剥落（图3）导致轴承振动值和噪声增大，尺寸精度下降。

图3

　　另外，残余应力（残余磨削应力、残余切削热应力、残余组织应力）在工件上的叠加差值超过材料的抗拉强度极限后，也会形成如图3所示的裂纹。当残余应力在材料极限强度以内时，轴承在使用前是完好的，但可能在安装、使用或运输中，受外力作用变形或开裂。在运转中会因滚动和振动而发生尺寸变化，当尺寸变化超出轴承要求的精度范围就会使轴承卡死或表面金属剥落失效。

　　3　引起磨削缺陷的因素

　　在轴承生产过程中，要经过锻加工、车加工、热处理及磨加工等工艺，这些工艺都是形成产品磨削缺陷的潜在和直接的影响因素。如锻加工产品因停锻温度偏高，冷却缓慢，组织过热形成粗大封闭的二次碳化物网，这在磨削中容易形成裂纹；车加工椭圆锥度超出工艺要求，在磨削中椭圆和锥度大的部位因进刀量大而发生磨削变质。

　　磨加工本身也存在诸多影响因素，如操作工为赶进度，一次进刀量超出工艺要求，砂轮上磨粒不够锋利，油石太硬，机床压力不稳定，切削液未冷却到位，上道工序磨削留量太大等，这些因素更可能产生磨削缺陷。另外，钢材本身成分均匀性差，工件厚薄差大，淬火加热温度高和保温时间长都将导致热处理产品发生较大变形，这也可能间接产生磨削缺陷；当轴承零件淬回火组织级别越高时，其马氏体针越粗，材料的韧性下降，甚至已形成较多的显微裂纹，这种产品在磨削中发生磨削缺陷的概率也就越高。
 

来源：《轴承》2003年第4期