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钢球淬火开裂原因分析

钢球是球轴承总承载载荷的滚动体,也是轴承重要的组成部件之一,但是在使用轴承过程中,常会发现钢球开裂的现象,比如说:钢球磨损痕迹,钢球有明显的挤压,钢球局部缺损,轴承钢球上出现裂纹和钢球表面剥落等。

那到底哪些原因会造成轴承钢球开裂呢?


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1、根据钢球开裂断口进行分析,有些部位材质均呈线状分布,边缘光亮且凹凸不平,有明显的挤压和磨损痕迹的这些轴承钢球断裂现象。

经分析可能会有三种可能造成钢球开裂:

①钢球是在安装到轴承内部后使用过程中开裂的,开裂方向均为材料轧制方向。

②钢球心部存在明显的疏松条带,带状碳化物超标且表面含有氧、钙、镁等异常元素。另外,条带深度约0.25mm,由此确定钢球心部存在缩孔残余,属于冶金缺陷,这也是导致钢球在使用过程中发生开裂的主要原因。

③钢球的淬回火组织过热使其脆性增大,降低了抗压强度,使钢球更容易发生开裂。

当钢球尺寸较小或断口挤压、磨损较严重时,无法确定材料轧制方向,也难以进行常规的断口分析,此时可以通过金相法,通过观察缺陷形貌与金相组织的关系找到开裂的主要原因。

2、钢球整体表现光亮,未见高温变色,但有一条裂纹大约有10mm左右,裂纹的附近存在剥落的现象。

经分析得出,这种钢球的开裂原因主要由于淬火加热温度过高,碳化物大量溶解,使奥氏体含碳量明显增加,冷却时就在晶界形成网状或半网状碳化物。观察与分析故障钢球金相组织,得出:故障钢球在淬火过程中出现了过热现象。同时,钢球组织中存在带状碳化物,使贫碳区在热处理过程中过熟。从而使钢球在淬火时产生较大变形易导致淬火裂纹产生。也就是说淬火温度过高所导致的淬火裂纹。

淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹,属于宏观裂纹,由宏观内应力引起。发生淬火开裂后,在后续工作过程中,钢球在淬火裂纹缺陷的影响以及周期脉动接触应力作用下发生了接触疲劳剥落。

3、有的钢球呈现局部凸起,或呈椭圆状,但是脱壳后的钢球表面光亮、完整的想象。

造成钢球这种现象的原因可能是运转条件等外来因素造成的,但相当一部分是由于宁国钢球自身因素导致的。如原材料缺陷或制造缺陷等,而原材料因素又主要分为表面缺陷、低倍组织缺陷和显微组织缺陷三种方面的影响。另一部分钢球失效的原因也可能是疲劳所致。


综上分析,钢球防止开裂工艺改进措施如下:

1、锻造。加大锻造比,严格锻造工艺控制,防止锻后心部组织粗大。

2、淬火前增加球化退火,细化组织,使工件淬火后呈细针状马氏体,防止淬火后产生粗大组织。

3、降低钢球淬火入水温度,提高出水温度,可使工件淬火应力明显减小和缓和。

4、淬火后及时回火,消除淬火应力,稳定组织,进一步去除工件产生开裂的隐患。