對臺架試驗失效軸承鋼球的分析

  我公司在對某批次軸承進行臺架試驗時，該批次軸承連續(xù)三套發(fā)生早期失效，且失效鋼球為某廠同批次號鋼球。我們對失效軸承的鋼球進行了失效分析，找出了失效原因，并成功解決了此問題，避免此類問題的發(fā)生。
    鋼球是滾動軸承的重要承載零件，其均勻分布于內(nèi)外滾道間，實現(xiàn)軸承的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。屬全工作面零件。并且要保證軸承使用過程中最后發(fā)生完全失效，即內(nèi)外圈有明顯疲勞剝落后，鋼球才允許出現(xiàn)表面剝落。這主要是考慮如果鋼球先于內(nèi)外圈發(fā)生損壞，易因鋼球損壞而造成軸承的抱死，引起嚴重事故。因此在進行軸承臺架壽命試驗時，不允許出現(xiàn)軸承鋼球的早期失效。我公司在對某批次6207軸承進行臺架試驗時，該批次軸承連續(xù)三套發(fā)生早期失效，且失效鋼球為某廠同批次號鋼球。對軸承拆解后發(fā)現(xiàn)，失效都是由于單粒鋼球局部發(fā)生疲勞剝落引起的。    分析過程及檢測結(jié)果如下：
    1 .掃描電鏡分析
    首先對其中一粒失效鋼球剝落部位形貌進行了掃描電鏡分析。
    經(jīng)掃描電鏡分析和體視顯微鏡觀察，在表面未發(fā)現(xiàn)大的和聚集的夾雜物缺陷。疲勞斷口由1、2、3三部分組成，結(jié)合體視顯微鏡觀察和a、b、c、d 四點部位的掃描電鏡局部放大圖，可以推斷，2部分疲勞斷口最先形成，1與3部位是2部位疲勞斷口形成后的擴展所致。
    2. 淬火組織及硬度檢測
    對鋼球沿ⅠⅠ線進行了解剖及多個層面的金相檢驗。經(jīng)檢驗，疲勞斷口縱剖面及裂紋周圍淬回組織按JB1255評定：淬回火組織3級，合格；硬度為HRC61.5-62，合格；無粗大碳化物。
    3. 微量化學成份及PSAM分析
    經(jīng)過對失效鋼球的解剖分析，該鋼球組織、硬度均符合標準要求，缺陷部位未檢出可直接導致疲勞剝落的粗大碳化物及夾雜物。但連續(xù)發(fā)生三套軸承的單粒鋼球表面剝落，鋼球一定存在某種缺陷是我們沒有注意和認識到的。為了查找鋼球的失效原因，對其余二粒鋼球及同批次號的鋼球進行了更進一步的分析。取9粒該批次鋼球，熱酸洗分清極點及環(huán)帶后，垂直于極軸沿赤道將鋼球分開。對9粒鋼球截面進行了微量雜質(zhì)元素分析，同時對國外A標桿鋼球廠家做了同樣的分析。
    對分析數(shù)據(jù)整理后我們發(fā)現(xiàn)，該批鋼球大顆粒夾雜物數(shù)量較大，氧含量較高。夾雜物與氧含量取決于鋼材的冶煉水平。鋼球由于其工作特點，對鋼材的純凈度及均一性要求較高。當大顆粒夾雜物祼露于鋼球表面時，在運轉(zhuǎn)時受力會發(fā)生脫落。脫落部位就形成疲勞源，引起鋼球的早期失效。每套試驗軸承中僅有一粒是因為當軸承中任意一粒鋼球表面發(fā)生剝落，均會引起軸承振動加劇，從而終止了試驗運轉(zhuǎn)。
    4. 綜合分析及結(jié)論
    4.1. 試驗軸承所用的該批鋼球組織、硬度、碳化物網(wǎng)狀均符合JB/T1255-2001標準要求。
    4.2.經(jīng)更換進口鋼球后，該批軸承壽命試驗順利通過，均未發(fā)生此種類型失效。
    4.3.鋼球生產(chǎn)廠家應(yīng)嚴把材料入廠檢驗關(guān)，對重要軸承使用的鋼球應(yīng)使用純凈度高的軸承鋼制造。