薄壁轴套断裂原因分析

郭靖，关力，张晓鹏

(1.国家轴承质量监督检验中心，河南 洛阳 471039；2.洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039)

某厂生产的2种型号薄壁轴套在客户装配过程中出现沿轴向方向的断裂，轴套材料为GCr15，装配工艺为压装→精车外径→抛光→清洗→烘干→包装发运。现从断裂样品中任选2件进行断裂原因分析。

1 检验与分析

1.1 宏观检查

送检的2件断裂样品的宏观形貌如图1和图2所示。根据送检方提供的样品相关说明可知，2件样品除宽度有差异外，其余尺寸均相同(宽度较小轴套编为1#，宽度较大轴套编为2#)。由图可见，2件样品的断裂形式相同，均在图中箭头所示的区域产生断裂，即沿轴向方向的贯穿裂纹，而其余表面均未发现异常现象。

图1 1#轴套裂纹形貌

图2 2#轴套裂纹形貌

1.2 硬度检验

依据JB/T 7361—2007《滚动轴承 零件硬度试验方法》，根据样品的端面有效宽度，选用洛氏硬度法A标尺，对2件断裂样品进行端面硬度检验，结果见表1。由表1可知，2件断裂样品的硬度均符合JB/T 1255—2001标准的相关规定。

表1 送检样品硬度检验结果

1.3 断口分析

将2件样品的断口采用超声波清洗烘干后，分别放置在JSM-6380LV扫描电子显微镜下进行断口分析。图3所示为1#样品的断口裂纹源区形貌，由图可见，断口表面有些区域已被污染，但从断口的裂纹扩展形貌判断，裂纹起源于图3所示的内径倒角区域。图4所示为2#样品的裂纹源区形貌，由图可见，裂纹起源于距一侧端面约1.28mm的内径面上，高倍观察发现裂纹源区的断面呈沿晶断裂，且晶粒较为粗大(图5和图6)，未发现夹杂等其他异常。

图3 1#样品裂纹源区形貌

图4 2#样品裂纹源区形貌

图5 2#样品裂纹源区放大图

图6 2#样品裂纹源区放大图

1.4 酸洗检验

依据JB/T 1255—2001标准的冷、热酸洗检验规程，对送检的2件样品分别进行冷、热酸洗检验。冷酸洗结果表明，1#样品内径表面及内径一侧倒角区域均存在不同程度的烧伤现象，2#样品各表面均未发现烧伤现象；经热酸洗检验发现，1#样品内径一侧倒角区域发现与磨削方向垂直或呈一定角度的直线状细小裂纹(图7)，2#样品各表面均未发现异常现象。

图7 1#样品热酸洗后裂纹形貌

1.5 金相检验

分别将送检的2件样品沿纵向切割后，经镶嵌制样进行金相检验。1#样品的淬、回火金相组织为细小结晶马氏体+隐晶马氏体+少量细小针状马氏体+较少量残留碳化物+较多残留奥氏体，依据JB/T 1255—2001标准评定淬、回火组织为4级，网状碳化物为1级，符合标准要求，但内径一侧倒角区域存在如图8所示的磨削烧伤组织，表面白亮层为二次淬火组织，次表层暗黑色区域为高温回火组织，其余为正常淬、回火马氏体组织。2#样品的淬、回火基体组织粗大，细小针状马氏体分布明显，残留碳化物少，且颗粒大小及分布均匀性较差，局部区域碳化物已全部溶解(图9)，依据JB/T 1255—2001标准评定淬、回火组织大于5级，网状碳化物为1级，淬、回火组织不符合标准规定。

图8 1#样品磨削烧伤组织形貌

图9 2#样品淬、回火过热组织形貌

2 断裂原因分析

(1) 1#轴套的酸洗检验和金相检验表明，内径一侧倒角区域在磨削过程中产生了磨削烧伤，且形成了磨削裂纹；断口分析也表明，断裂起源于内径倒角区域。由此可以推断，1#轴套在安装过程中，由于外力的作用导致在磨削裂纹处形成断裂起源，从而造成开裂。

(2) 2#轴套的金相检验表明，在淬火过程中由于淬火温度过高或保温时间过长，引起淬、回火组织中马氏体较粗，造成轴套的脆性增加，残余内应力较大，而断口分析结果也表明，断裂源区域晶粒粗大，形成了危险区域，从而导致该轴套在装配过程中易于从危险区域发生开裂。

由以上分析可知，磨削裂纹和淬、回火组织过热是造成送检轴套在装配过程中产生轴向断裂的主要原因。

3 结束语

对于薄壁轴套而言，由于其壁很薄，必须采取措施避免淬、回火组织过热现象的发生，减少淬、回火过程中的热处理变形，如车加工后应进行去应力退火，淬火加热温度应选用下限，采用分级淬火等，另外还要采取合适的磨削工艺以防止形成磨削烧伤和磨削裂纹。