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滾子表面缺陷分析
2013-07-12
鄭曉敏1 梁華2
（1.萬向集團技術中心，杭州 311215；2.洛陽軸研科技股份有限公司，洛陽 471039）
（1.萬向集團技術中心，杭州 311215；2.洛陽軸研科技股份有限公司，洛陽 471039）
摘 要：采用金相分析以及掃描電鏡、能譜分析等試驗方法對滾子表面缺陷進行了分析。結果表明：滾子表面的麻坑（黑點）缺陷是腐蝕坑，主要是由于熱處理爐保護氣氛不純，滾子在高溫狀態下產生表面腐蝕而形成。
關鍵詞：滾動軸承；滾子；表面缺陷；腐蝕
某公司生產的滾子材料為GCrl5，其加工工藝為：冷沖壓→軟磨→熱處理→噴丸處理→硬磨。在對熱處理和噴丸后的滾子檢查時發現其端面、大端面倒角等處均出現不同程度的表面麻坑?，F場調查得知，不同型號的滾子同時出現麻坑?，F從中任意選取熱處理后相同規格的3粒滾子進行分析。
1 檢驗與分析
1.1 宏觀檢查
麻坑缺陷主要出現在端面球基面和大端面倒角處，而滾動面上數量較少。麻坑缺陷主要呈黑色，尺寸大小不一且隨機分布，其宏觀形貌如圖1所示。
關鍵詞：滾動軸承；滾子；表面缺陷；腐蝕
某公司生產的滾子材料為GCrl5，其加工工藝為：冷沖壓→軟磨→熱處理→噴丸處理→硬磨。在對熱處理和噴丸后的滾子檢查時發現其端面、大端面倒角等處均出現不同程度的表面麻坑?，F場調查得知，不同型號的滾子同時出現麻坑?，F從中任意選取熱處理后相同規格的3粒滾子進行分析。
1 檢驗與分析
1.1 宏觀檢查
麻坑缺陷主要出現在端面球基面和大端面倒角處，而滾動面上數量較少。麻坑缺陷主要呈黑色，尺寸大小不一且隨機分布，其宏觀形貌如圖1所示。
1.2 金相檢測
從滾子的大端面進行縱向解剖，經制樣后放置在顯微鏡下觀察，檢驗結果如下：麻坑深度為0.01-0.05mm，周圍無明顯脫碳；滾子的淬回火組織按照JB1255-2001標準評定結果為：馬氏體組織5級，網狀碳化物2級，符合標準要求，金相組織如圖2所示。另將一粒滾子從中部進行橫向切割，經磨制后參照GB/T 18254-2002標準進行低倍組織檢驗，中心疏松<1級，為合格。未發現其他冶金缺陷。
從滾子的大端面進行縱向解剖，經制樣后放置在顯微鏡下觀察，檢驗結果如下：麻坑深度為0.01-0.05mm，周圍無明顯脫碳；滾子的淬回火組織按照JB1255-2001標準評定結果為：馬氏體組織5級，網狀碳化物2級，符合標準要求，金相組織如圖2所示。另將一粒滾子從中部進行橫向切割，經磨制后參照GB/T 18254-2002標準進行低倍組織檢驗，中心疏松<1級，為合格。未發現其他冶金缺陷。
1.3 電鏡及能譜分析
將一粒經熱處理后的滾子采用超聲波清洗烘干后，放置在JSM-5610LV掃描電鏡下進行變倍觀察，同時采用能譜儀對滾子表面麻坑缺陷的內部成分進行分析。電鏡下麻坑缺陷形貌如圖3所示。圖3a為較低倍數下的形貌，聚集著許多深淺不一的麻坑。圖3b為對其中一個典型麻坑特別放大的形貌，從中能夠看到麻坑邊緣為自然形態，整體呈現為腐蝕形貌。
將一粒經熱處理后的滾子采用超聲波清洗烘干后，放置在JSM-5610LV掃描電鏡下進行變倍觀察，同時采用能譜儀對滾子表面麻坑缺陷的內部成分進行分析。電鏡下麻坑缺陷形貌如圖3所示。圖3a為較低倍數下的形貌，聚集著許多深淺不一的麻坑。圖3b為對其中一個典型麻坑特別放大的形貌，從中能夠看到麻坑邊緣為自然形態，整體呈現為腐蝕形貌。
對麻坑內材料成分進行微觀分析的結果見表1。結果表明，麻坑內材料成分除基體元素外主要為O，Na，Ca和S。
2 結果分析與討論
通常導致滾子表面產生缺陷的因素有材料表面缺陷殘留、冶金缺陷、砂輪傷及銹蝕（或腐蝕）等。
其中由于材料表面缺陷殘留造成的缺陷大多分布在滾子外徑面上；而由冶金缺陷造成的表面缺陷則需區別對待，如夾雜物或夾雜物脫落造成的缺陷隨機分布，但一般數量有限；而其他冶金缺陷如縮孔、疏松等則需結合低倍、高倍檢驗來確定；材料砂輪傷是由于磨削工藝不當造成的，其缺陷具有特定的形貌特征；由銹蝕或腐蝕造成的表面缺陷需要通過詳細的分析確定造成的原因。
?。?）滾子材料的低倍組織符合相關標準要求， 說明材料無宏觀冶金缺陷，麻坑的產生與材料的致密度沒有直接的因果關系。
?。?）根據能譜分析的結果確定，麻坑內產物的成分除基體元素外主要是O，Na，Ca和s，其中S和0形成的化合物具有較強的腐蝕性。由于滾子表面的麻坑是在熱處理之后發現的，根據金相檢驗的結果（麻坑底部無脫碳）并結合電鏡對缺陷的形貌觀察，可以確定麻坑缺陷主要是在熱處理過程中形成的腐蝕坑，推測是由于熱處理爐保護氣氛不純，使滾子在高溫狀態下表面產生了腐蝕而形成的。由于滾子的端面球基面和倒角處較為粗糙，尤其是倒角還存在邊角效應現象，相對于滾子的外徑面來說就更容易發生腐蝕并形成較多較深的腐蝕坑。通過更換熱處理爐保護氣氛，沒有再發生類似的麻坑缺陷。因此可以確定該麻坑缺陷是由于熱處理爐保護氣氛不純引起的。在熱處理過程中一定要保證熱處理爐保護氣氛的質量。
通常導致滾子表面產生缺陷的因素有材料表面缺陷殘留、冶金缺陷、砂輪傷及銹蝕（或腐蝕）等。
其中由于材料表面缺陷殘留造成的缺陷大多分布在滾子外徑面上；而由冶金缺陷造成的表面缺陷則需區別對待，如夾雜物或夾雜物脫落造成的缺陷隨機分布，但一般數量有限；而其他冶金缺陷如縮孔、疏松等則需結合低倍、高倍檢驗來確定；材料砂輪傷是由于磨削工藝不當造成的，其缺陷具有特定的形貌特征；由銹蝕或腐蝕造成的表面缺陷需要通過詳細的分析確定造成的原因。
?。?）滾子材料的低倍組織符合相關標準要求， 說明材料無宏觀冶金缺陷，麻坑的產生與材料的致密度沒有直接的因果關系。
?。?）根據能譜分析的結果確定，麻坑內產物的成分除基體元素外主要是O，Na，Ca和s，其中S和0形成的化合物具有較強的腐蝕性。由于滾子表面的麻坑是在熱處理之后發現的，根據金相檢驗的結果（麻坑底部無脫碳）并結合電鏡對缺陷的形貌觀察，可以確定麻坑缺陷主要是在熱處理過程中形成的腐蝕坑，推測是由于熱處理爐保護氣氛不純，使滾子在高溫狀態下表面產生了腐蝕而形成的。由于滾子的端面球基面和倒角處較為粗糙，尤其是倒角還存在邊角效應現象，相對于滾子的外徑面來說就更容易發生腐蝕并形成較多較深的腐蝕坑。通過更換熱處理爐保護氣氛，沒有再發生類似的麻坑缺陷。因此可以確定該麻坑缺陷是由于熱處理爐保護氣氛不純引起的。在熱處理過程中一定要保證熱處理爐保護氣氛的質量。
來源：《軸承》2009年3期
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