滚动轴承外圈滚道表面缺陷分析

李红涛¹，梁华²

（1.河南科技大学，河南洛阳　471003；2.洛阳轴承研究所，河南洛阳　471039）

　　摘　要：采用金相、硬度、电镜、能谱等方法对轴承外圈滚道表面产生麻坑的原因进行了分析。结果表明，分布在滚道表面的一次大颗粒碳化物在磨削应力的作用下脱落或部分脱落是造成滚道麻坑的根本原因。

　　关键词：滚动轴承；外圈；滚道；碳化物；表面缺陷

　　在轴承零件的加工过程中或成品零件上经常发现存在不同程度的黑点或麻坑，对零件的加工精度和轴承的使用性能及寿命产生了较大的影响。要消除这些缺陷，首先就必须查清缺陷产生的原因。

　　某公司生产的轴承外圈系用9Cr18高碳铬不锈轴承钢制造，在成品验收时发现轴承滚道表面存在有细小麻坑，为了消除此缺陷，对形成麻坑的原因作了较详细的分析。

　　1　工艺过程调查

　　经调查，该批轴承外圈用材为某钢厂生产的φ55mm 9Cr18热轧退火棒料，原材料各项检验结果按GB/T 3086-1982标准评定均为合格，其中碳化物不均匀性4级，为合格级别的上限（标准规定合格级别为≤4级）。棒材经过锻造、退火、车削、热处理、磨削及超精研磨等工序至成品，所有的检验结果及加工过程均未发现任何异常。

　　2　理化检验

　　2.1化学成分分析

　　在有缺陷的外圈上取样进行化学成分分析，分析结果（质量分数）见表1。轴承外圈的化学成分符合标准要求。

　　2.2外圈缺陷部位的金相分析

　　2.2.1常规项目检查

　　在外圈的缺陷部位取样经制备后分别按照GB/T 3086-1982和JB/T 1460-2002标准检验其原材料质量及其淬回火组织，评定结果见表2。从表2检验结果可以判定，轴承外圈选材及其淬回火组织均符合相关标准要求。

　　2.2.2缺陷部位的金相组织

　　在轴承滚道部位麻坑缺陷较为明显的区域取样，经制备后在显微镜下观察麻坑部位的金相组织，发现一次碳化物带状沿轧制及锻造流线分布，个别颗粒尺寸较大，经测量，长度Z大约为0.050mm，宽度Z大约为0.025mm（见图1）；随着显微镜放大倍数的提高，可以看到滚道表面分布有尺寸较大的一次碳化物颗粒（见图2下侧边缘），且有明显的脱落现象（见图3左侧边缘）；向内观察试样的金相磨面（见图4）可发现一次碳化物呈破碎状，也有部分脱落现象，由此可以推测，较大尺寸的一次碳化物在磨削过程中也会因为破碎而造成部分脱落或全部脱落。

 

　　3　硬度分析

　　经检测，套圈滚道表面和心部基体组织的显微硬度无明显差别，说明滚道表面不存在磨削烧伤现象。

　　套圈的基体硬度采用HR-150A硬度计测定，硬度值为58.5～59.0HRC，符合JB/T 1460-2002标准要求。

　　4　扫描电镜及能谱分析

　　切取部分套圈，经清洗烘干后放置在JSM-5610LV型扫描电子显微镜下观察，发现套圈滚道表面凹坑较多，分别选取底部较为白亮的凹坑及大颗粒碳化物，采用EDAX公司生产的falcon能谱仪进行定位成分分析，结果表明，其化学成分基本一致，主要为铬、铁和碳。这再一次证明，轴承外圈滚道表面的麻点是由大颗粒一次碳化物脱落造成的。

　　5　分析及讨论

　　由以上分析可知，轴承外圈滚道表面上分布的大颗粒一次碳化物在磨削应力的作用下脱落或部分脱落是造成滚道麻点的根本原因。

　　9Cr18钢具有较好的耐蚀性，属于莱氏体钢。钢中含有复杂的碳化物（Fe，Cr）₇C₃，部分小尺寸碳化物经热处理加热后溶解，而后又均匀地析出并转变为稳定的Cr₂₃C₆二次碳化物，在钢中起到硬化、耐磨的作用。

　　一次碳化物尺寸较大，经热处理后仍然保留在钢中，由于它具有高的硬度和脆性，当尺寸过大时难免会造成钢材局部的应力集中甚至引起表面剥落而形成表面麻坑以至缩短轴承的使用寿命。

　　因此，建议锻造时选取大的锻造比，以破碎碳化物，使之分布较均匀，以避免后续加工或使用过程中造成的一次碳化物脱落现象。
 

来源：《轴承》2005年第11期