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專用軸承斷裂原因分析
2013-08-09
班君 李潮丹
（哈爾濱軸承集團公司技術中心，黑龍江哈爾濱 150036）
（哈爾濱軸承集團公司技術中心，黑龍江哈爾濱 150036）
摘 要：從軸承化學成份、組織及硬度等方面分析了軸承外圈因焊接溫度傳感器，試驗過程中在試驗器上發生斷裂的原因。
關鍵詞：軸承外圈；組織；硬度；組織應力
1 前言
某專用軸承外圈高度為13.5mm，厚度為2.0mm。在試驗器上試驗使用時，軸承外圈的外徑上焊接有一個溫度傳感器，溫度傳感器用一寬為8mm、長為10mm金屬薄板包裹，延縱向焊接在外圈的外徑上，金屬薄板的兩端與外圈外徑用點焊連接，縱向有兩排焊點，每排焊點7～8個，橫向用一排焊點連接，共5個焊點。溫度傳感器的作用是測量軸承出油口及進油口的油溫，軸承在試驗過程中外圈斷裂，外圈斷裂的部位恰巧在焊接溫度傳感器的位置，斷裂為縱向斷裂，貫穿整個外圈。
圖1、圖2是外圈斷裂的外觀。
關鍵詞：軸承外圈；組織；硬度；組織應力
1 前言
某專用軸承外圈高度為13.5mm，厚度為2.0mm。在試驗器上試驗使用時，軸承外圈的外徑上焊接有一個溫度傳感器，溫度傳感器用一寬為8mm、長為10mm金屬薄板包裹，延縱向焊接在外圈的外徑上，金屬薄板的兩端與外圈外徑用點焊連接，縱向有兩排焊點，每排焊點7～8個，橫向用一排焊點連接，共5個焊點。溫度傳感器的作用是測量軸承出油口及進油口的油溫，軸承在試驗過程中外圈斷裂，外圈斷裂的部位恰巧在焊接溫度傳感器的位置，斷裂為縱向斷裂，貫穿整個外圈。
圖1、圖2是外圈斷裂的外觀。
2 對軸承外圈的解剖分析
把軸承外圈切割成兩塊試樣，一塊在斷裂處切割，做金相分析用，另一塊切割在未斷裂處，做化學成份分析。
2.1 軸承外圈的化學成份
軸承外圈的化學成份見表。
把軸承外圈切割成兩塊試樣，一塊在斷裂處切割，做金相分析用，另一塊切割在未斷裂處，做化學成份分析。
2.1 軸承外圈的化學成份
軸承外圈的化學成份見表。
根據表中成份可以看出，軸承外圈的鋼種符合Cr4M04V鋼。
2.2 外圈組織性能的檢驗
對外圈硬度檢驗：63.5 63.0 63.5 HRC
對外圈組織檢驗：經金相顯微鏡觀察，外圈的淬回火組織為4級，如圖3。在顯微鏡下觀察外圈焊接溫度傳感器的外徑處，可看到外徑處原有的淬回火組織已發生轉變，從外徑到心部發生轉變組織深度為0.5mm，如圖4所示。
2.2 外圈組織性能的檢驗
對外圈硬度檢驗：63.5 63.0 63.5 HRC
對外圈組織檢驗：經金相顯微鏡觀察，外圈的淬回火組織為4級，如圖3。在顯微鏡下觀察外圈焊接溫度傳感器的外徑處，可看到外徑處原有的淬回火組織已發生轉變，從外徑到心部發生轉變組織深度為0.5mm，如圖4所示。
3 分析結果
由圖4可以觀察到軸承外圈外徑處原始組織發生轉變。說明焊接溫度傳感的溫度已超過Cr4M04V鋼的相變點溫度，焊接使外圈的外徑處原始組織發生轉變，軸承外圈外徑在焊接時使過冷奧氏體發生馬氏體相變，形成硬而脆的淬硬層組織，產生組織應力。組織應力是由組織的比容不同引起的，即軸承外圈外徑處的組織與軸承外圈心部組織不一致，產生應力。在焊接過程除了存在組織應力外，還有可能存在其它應力，如熱應力、殘余應力、收縮應力等，引起應力集中，成為該軸承套圈失效源，導致了軸承外圈在試驗過程中的脆性斷裂。
4 結論
（1）JB2850-80高溫軸承零件熱處理質量標準規定，軸承零件淬回火硬度為61.0～64.0 HRC，淬回火組織按第二級別圖評定，第二～四級合格。該軸承外圈的材料、硬度及組織按標準規定均合格。
（2）軸承外圈斷裂的直接原因是焊接溫度傳感器時引起應力集中，使軸承外圈在試驗過程中脆性斷裂。
參考文獻：
【1】孫智，江利，應鵬展，等。失效分析基礎與應用【M】．北京．機械T業出版社，2005．
由圖4可以觀察到軸承外圈外徑處原始組織發生轉變。說明焊接溫度傳感的溫度已超過Cr4M04V鋼的相變點溫度，焊接使外圈的外徑處原始組織發生轉變，軸承外圈外徑在焊接時使過冷奧氏體發生馬氏體相變，形成硬而脆的淬硬層組織，產生組織應力。組織應力是由組織的比容不同引起的，即軸承外圈外徑處的組織與軸承外圈心部組織不一致，產生應力。在焊接過程除了存在組織應力外，還有可能存在其它應力，如熱應力、殘余應力、收縮應力等，引起應力集中，成為該軸承套圈失效源，導致了軸承外圈在試驗過程中的脆性斷裂。
4 結論
（1）JB2850-80高溫軸承零件熱處理質量標準規定，軸承零件淬回火硬度為61.0～64.0 HRC，淬回火組織按第二級別圖評定，第二～四級合格。該軸承外圈的材料、硬度及組織按標準規定均合格。
（2）軸承外圈斷裂的直接原因是焊接溫度傳感器時引起應力集中，使軸承外圈在試驗過程中脆性斷裂。
參考文獻：
【1】孫智，江利，應鵬展，等。失效分析基礎與應用【M】．北京．機械T業出版社，2005．
來源：《哈爾濱軸承》第26卷第3期 2005年9月
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