轴承零件热处理的常见缺陷

您现在位置：失效分析轴承失效分析广告·······轴承零件热处理的常见缺陷轴承零件经热处理后常见的质量缺陷有：淬火显微组织过热、欠热、淬火裂纹、硬度不够、热处理变形、表面脱碳、软点等。1.过热从轴承零件粗糙口上可观察到淬火后的显微组织过热。但要确切判断其过热的程度必须观察显微组织。若在GCr15钢的淬火组织中出现粗针状马氏体，则为淬火过热组织。形成原因可能是淬火加热温度过高或加热保温时间太长造成的全面过热；也可能是因原始组织带状碳化物严重，在两带之间的低碳区形成局部马氏体针状粗大，造成的局部过热。过热组织中残留奥氏体增多，尺寸稳定性下降。由于淬火组织过热，钢的晶体粗大，会导致零件的韧性下降，抗冲击性能降低，轴承的寿命也降低。过热严重甚至会造成淬火裂纹。2.欠热淬火温度偏低或冷却不良则会在显微组织中产生超过标准规定的托氏体组织，称为欠热组织，它使硬度下降，耐磨性急剧降低，影响轴承寿命。3.淬火裂纹轴承零件在淬火冷却过程中因内应力所形成的裂纹称淬火裂纹。造成这种裂纹的原因有：由于淬火加热温度过高或冷却太急，热应力和金属质量体积变化时的组织应力大于钢材的抗断裂强度；工作表面的原有缺陷（如表面微细裂纹或划痕）或是钢材内部缺陷（如夹渣、严重的非金属夹杂物、白点、缩孔残余等）在淬火时形成应力集中；严重的表面脱碳和碳化物偏析；零件淬火后回火不足或未及时回火；前面工序造成的冷冲应力过大、锻造折叠、深的车削刀痕、油沟尖锐棱角等。总之，造成淬火裂纹的原因可能是上述因素的一种或多种，内应力的存在是形成淬火裂纹的主要原因。淬火裂纹深而细长，断口平直，破断面无氧化色。它在轴承套圈上往往是纵向的平直裂纹或环形开裂；在轴承钢球上的形状有S形、T形或环型。淬火裂纹的组织特征是裂纹两侧无脱碳现象，明显区别与锻造裂纹和材料裂纹。4.热处理变形轴承零件在热处理时，存在有热应力和组织应力，这种内应力能相互叠加或部分抵消，是复杂多变的，因为它能随着加热温度、加热速度、冷却方式、冷却速度、零件形状和大小的变化而变化，所以热处理变形是难免的。认识和掌握它的变化规律可以使轴承零件的变形（如套圈的椭圆、尺寸涨大等）置于可控的范围，有利于生产的进行。当然在热处理过程中的机械碰撞也会使零件产生变形，但这种变形是可以用改进操作加以减少和避免的。5.表面脱碳轴承零件在热处理过程中，如果是在氧化性介质中加热，表面会发生氧化作用使零件表面碳的质量分数减少，造成表面脱碳。表面脱碳层的深度超过最后加工的留量就会使零件报废。表面脱碳层深度的测定在金相检验中可用金相法和显微硬度法。以表面层显微硬度分布曲线测量法为准，可做仲裁判据。6.软点由于加热不足，冷却不良，淬火操作不当等原因造成的轴承零件表面局部硬度不够的现象称为淬火软点。它象表面脱碳一样可以造成表面耐磨性和疲劳强度的严重下降。若本文对您有所帮助，同时为了让更多人能看到此文章，请多宣传一下本站，支持本站发展；多谢！目录一、滚动轴承材料...........................................................................................................11.1滚动轴承用钢的基本性能要求............................................................................11.2轴承用钢冶金质量的基本要求...........................................................................31.3滚动轴承常用材料..............................................................................................41.4轴承用钢的发展................................................................................................12二、轴承热处理.............................................................................................................152.1轴承热处理新技术............................................................................................152.2产品设计时应考虑的几个问题.........................................................................16PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion一、滚动轴承材料1.1滚动轴承用钢的基本性能要求滚动轴承零件在实际使用过程中，往往要在拉伸、压缩、弯曲、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值条件下，高速长时间工作。选择制造滚动轴承的材料是否合适，对其使用性能和寿命将有很大影响。而选择材料的基本方法是根据轴承的破坏（失效）形式来决定的。一般情况下，滚动轴承的主要破坏形式是在交变应力作用下的疲劳剥落，以及由于摩擦磨损而使轴承的精度丧失，此外，还有裂纹、压坑、锈蚀等原因造成轴承的非正常破坏。因此，总体而言，滚动轴承应具有高的抗塑性变形能力，少的摩擦磨损，良好的旋转精度，高的尺寸精度，良好的尺寸稳定性，以及长的接触疲劳寿命。而且其中很多性能是由材料和热处理工艺所共同决定的。因而要求制造滚动轴承的材料经过后工序的一定热处理后具备以下的性能。1.1.1高的接触疲劳性能滚动轴承运转时，滚动体在轴承内、外圈的滚道间滚动时，其接触部分承受周期性交变负荷，多者每分钟达数万次或数十万次。在周期性交变应力的反复作用下，接触表面出现疲劳剥落。开始出现剥落后引起轴承的振动、噪音增大，工作温度不断上升，致使轴承最终疲劳破坏而不能使用。接触疲劳破坏是滚动轴承破坏的主要形式。因此，要求滚动轴承用钢应具有较高的接触疲劳强度。1.1.2高的耐磨性滚动轴承正常工作时，除了发生滚动摩擦外，还伴有滑动摩擦。其发生滑动摩擦的主要部位有：滚动体和滚道之间的接触面，滚动体和保持架兜孔之间的接触面，保持架和套圈引导挡边的接触面，滚子的端面和套圈挡边的接触面。滚动轴承中滑动摩擦的存在不可避免地使轴承零件产生磨损。如果轴承钢的耐磨性差，滚动轴承便会因为磨损而过早地丧失轴承的精度或因为轴承旋转精度的下降而使轴承的振动增加，寿命下降。因此，要求轴承钢具有高的耐磨性。1.1.3高的弹性极限滚动轴承工作时，由于滚动体于内外套圈之间接触面积小，轴承在承受负荷时、尤其是承受较大负荷情况下，接触表面的接触应力很大，为了防止在高的接触应力下发生塑性变形，以致于破坏轴承精度和产生表面裂纹，所以轴承用钢应具有高的弹性极限。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion合适的硬度硬度对接触疲劳寿命、耐磨性、弹性极限有着非常密切的关系，因此滚动轴承的硬度也直接影响着滚动轴承的寿命，所以硬度是滚动轴承的重要指标之一。滚动轴承的硬度通常要根据轴承承受负荷的方式和大小、轴承尺寸和壁厚的总体情况来决定，硬度过高或过低都将影响轴承的寿命。众所周知，滚动轴承的主要失效形式有接触疲劳破坏；耐磨性差或尺寸不稳定而导致轴承精度丧失；轴承零件缺乏一定的韧性，在承受较大冲击负荷而发生脆断导致轴承的破坏。一定要根据轴承的具体情况和失效的方式来确定轴承的硬度。对于由于疲劳剥落破坏或由于轴承零件耐磨性差导致轴承精度丧失的情况，轴承零件应选择较高的硬度；对于承受较大冲击负荷的轴承（例如轧机轴承、部分汽车轴承等），适当降低硬度以提高轴承的韧性是十分必要的。1.1.5一定的韧性很多轴承在使用过程中都承受一定的冲击负荷，因此要求轴承钢具有一定的韧性，以保证轴承不因承受冲击负荷而破坏。对于承受较大冲击负荷的轴承如轧机轴承、铁路轴承等要求材料具有相对较高的冲击韧性和断裂韧性，这些轴承有的用贝氏体淬火，有的用渗碳钢，就是保证这些轴承具有较好的耐冲击性能。1.1.6良好的尺寸稳定性滚动轴承是精密的机械零件，其精度是以微米为计算单位的。在轴承长期的保管和使用过程中，不能因轴承零件内在组织或应力变化而引起轴承尺寸的改变导致轴承的精度丧失。因此，要求轴承用钢具有较好的尺寸稳定性。1.1.7一定的防锈性能因滚动轴承的生产工序繁多，生产周期较长，有的半成品或成品零件在装配前需要较长时间的存放，因此，轴承零件在生产过程中或在成品保存中都极易发生一定的锈蚀，尤其是在潮湿的空气中。因此，滚动轴承用钢要求具有一定的防锈性能。1.1.8良好的工艺性能滚动轴承在生产过程中，零件需要经过多道冷、热加工工序，这就要求轴承用钢应具有良好的加工性能，如冷、热成型性能，切削加工性能，磨削加工性能，热处理性能等，以适应滚滚动轴承大批量、高效率、低成本和高质量的生产需要。此外，对于特殊工况条件下使用的轴承用钢除以上几个基本要求外，还应具备相应的特殊性能要求，如耐高温性能、高速性能、抗腐蚀和无磁性能。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion轴承用钢冶金质量的基本要求滚动轴承的使用寿命和可靠性很大程度上与轴承用钢的冶金质量有着密切的关系。由于轴承钢所具有的特性，对冶金质量的要求比一般工业用钢要严格的多。1.2.1严格的化学成分要求一般滚动轴承用钢主要是高碳铬轴承钢，即含碳量1%左右，加入1.5%左右的铬，并含有少量的锰、硅元素的过共析钢。只有严格控制轴承钢中的化学成分，才能通过热处理工序等到满足轴承性能的组织和硬度。1.2.2较高的尺寸精度对于滚动轴承用钢要求钢材尺寸精度较高，这是因为大部分轴承零件都要经过压力加工成型。为了节省材料和提高劳动生产率，绝大部分轴承套圈都是经过锻造成型，钢球经过冷镦或热锻成型，小尺寸的滚子也是经过冷镦成型，如果钢材的尺寸精度不高，就无法精确的计算下料尺寸和重量，不能保证轴承零件的产品质量，容易造成设备和模具的损坏。1.2.3特别严格的纯洁度要求钢中的纯洁度是指钢中所含非金属夹杂物的多少，纯洁度越高，钢中的非金属夹杂物含量越低。轴承钢中的氧化物、硅酸盐、点状不变形夹杂物等有害夹杂物是导致轴承早期疲劳剥落、显著降低轴承寿命的主要原因。而且，脆性夹杂物由于在磨加工过程中容易从金属基体上剥落下来，严重影响轴承零件精加工后的表面质量。为了提高轴承的使用寿命和可靠性，必须降低轴承钢中的非金属夹杂物的含量。1.2.4严格的低倍组织和显微（高倍）组织要求轴承钢的低倍组织是指一般疏松、中心疏松和偏析，显微（高倍）组织包括轴承钢的退火组织、碳化物网状、带状和液析等。低、高倍组织的优劣对滚动轴承的性能和使用寿命有很大的影响。所以，在轴承钢材料标准中对低、高倍组织有着严格的要求。1.2.5特别严格的表面缺陷和内部缺陷要求对轴承钢而言，表面缺陷包括表面裂纹、表面夹渣、毛刺、折叠、结疤、氧化皮等，内部缺陷包括缩孔、气泡、白点、过烧、严重的疏松和偏析、显微孔隙等。这些缺陷对于轴承的加工、轴承的性能和使用寿命有着很大的影响，在轴承钢材料标准中明文规定不允许出现这些缺陷。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion特别严格的碳化物不均匀性要求在轴承钢中，如果出现碳化物分布不均匀，在热处理加工过程中容易造成组织和硬度的不均匀。在碳化物分布较少的区域，形成马氏体针状组织，硬度偏低。因为在《滚动轴承零件热处理技术条件》中对热处理后的组织、硬度和硬度均