Page 81 - 理化检验-物理分册2024年第五期

董登超, 等: 轧机机架辊轴承外圈断裂原因

图6 拉伸试验后轴承外圈试样断口SEM 形貌
样发生了脆性断裂。 3 结论
断裂轴承外圈滚道边缘断口主要呈准解理特征
形貌, 并有少量沿晶特征, 裂纹沿轴向滚道向内扩 轴承外圈断裂的主要原因为: 轴承座变形使机
展, 且沿晶断裂特征越来越明显, 晶粒尺寸较小, 说 架辊轴承偏载并产生异常轴向力, 使得轴承滚子与
明轴承外圈沿晶断口不是淬火加热温度高而形成沿 外圈滚道边缘发生大载荷碾压现象, 在该处产生应
晶裂纹扩展所致。沿晶断口上未观察到晶间沉淀相 力集中, 且轴承材料脆性较大, 使轴承外圈滚道边缘
聚集和晶间腐蚀产物, 也未发现蠕变特征形貌, 因此 产生裂纹, 裂纹向滚道内部扩展, 最终导致轴承
也排除了这些因素引起沿晶断裂的可能。轴承外圈 断裂。
的显微组织为回火马氏体, 说明回火温度较低, 不处 参考文献:
于回火脆性温度区, 因此排除了回火脆性导致沿晶
裂纹 的 可 能。一 般 钢 中 氢 元 素 质 量 分 数 超 过 [ 1 ] 张鹏远, 庞兆夫, 陈晓红, 等. 轧机轴承使用寿命影响

0.0005%时就会产生氢脆裂纹, 而超高强度钢的临 因素分析[ J ] . 鞍钢技术, 2011 ( 2 ): 20-24.
界氢元素含量更低 [ 10 ] 。该断裂轴承外圈试样的氢 [ 2 ] 石江龙. 深冷处理对 GCr15钢冲击性能的影响[ J ] . 热

元素质量分数为0.0006% , 且其显微组织为回火马 处理, 2010 , 25 ( 3 ): 21-24.
[ 3 ] 杨宏斌, 刘宇杰, 李官运, 等. 轧机减速机用大型调心
氏体, 具有很高的氢脆敏感性, 因此判断该轴承外圈
滚子轴承的设计与应用[ J ] . 机床与液压, 2019 , 47
沿晶脆断的原因为其材料的氢元素含量较高, 使轴
( 4 ): 160-162.
承外圈发生氢致开裂 [ 11 ] 。滚道内部的厚度较薄、 强
[ 4 ] 关文秀, 姜涛, 陶春虎, 等. 从失效案例分析轴承的早
度较低, 且距离注油槽区域最近, 裂纹沿材料的薄弱
期失效[ J ] . 材料工程, 2012 , 40 ( 12 ): 14-20.
处扩展, 最终导致轴承断裂。 [ 5 ] 李贵方, 杨争, 王婵. 双列调心滚子轴承失效分析[ J ] .
在轴承外圈滚道边缘截面处可同时观察到基体 热处理技术与装备, 2020 , 41 ( 4 ): 50-53.
内部的沿晶裂纹和滚道表面的形变马氏体, 但该沿 [ 6 ] 高秋然, 李鲁江, 李省伟, 等.29340 推力滚子轴承失
晶裂纹并未与形变马氏体相连, 判断轴承外圈滚道 效分析[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2014 , 50 ( 5 ): 368-
边缘受到异常轴向力, 产生了应力集中, 且轴承材料 370.
[ 7 ] 卢立华, 董登超.72B 线材绕簧断裂原因分析[ J ] . 物
的脆性较大, 产生了沿晶裂纹, 裂纹扩展后形成了断
理测试, 2015 , 33 ( 1 ): 32-36.
裂源。
[ 8 ] 朱建军, 胡赛生. 轴承外圈破裂失效分析[ J ] . 理化检
对固定断裂轴承的轴承座进行检查, 在轴承座
验( 物理分册), 2008 , 44 ( 7 ): 375-377.
上观察到明显磨损痕迹, 说明轴承座经过长期服役 [ 9 ] 郭海霞.GCr15SiMn压球辊崩裂原因分析[ J ] . 热加工
后发生了变形, 导致轴承偏载。在对轴承座进行更
工艺, 2011 , 40 ( 1 ): 177-178.
换后, 尽管轧材的扣头甩尾现象仍然存在, 但可以延 [ 10 ] 王朴, 童辉.35CrMo钢高强螺栓断裂失效分析[ J ] . 金
长轴承的使用寿命。因此, 轴承座变形是导致轴承 属热处理, 2023 , 48 ( 5 ): 294-297.
外圈受到异常轴向力的主要原因。轴承长期在扣头 [ 11 ] 钟群鹏, 赵子华. 断口学[ M ] . 北京: 高等教育出版社,
甩尾现象较为严重的情况下服役, 轴承的安装工艺 2006.
不当, 轴承断裂后未及时取出等均可能对轴承座造
成磨损, 造成轴承座变形。
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