轴承套圈的裂纹和断裂失效特征及原因

轴承在加工生产中和使用中，轴承套圈的裂纹和断裂是常见的损伤想象，以下轴承型号查询网(简称轴承型号查询网)共享轴承套圈的裂纹和断裂的故障特征和相应的故障原因。

1.该轴承套圈结构。

如图1所示，该轴承套件比普通套件多个密封槽，这个结构的特征决定了比普通圈更容易引起应力集中。

图1轴承套圈。

2.轴承套圈的裂纹形状和断口特征。

2.1裂纹的形状分析。

1)淬火裂纹(见图2):裂纹细长，弯曲不规则分布在套圈外表面，裂纹开始端在密封槽(应力最集中的位置)。从图3开裂的外围和末端形状可以看出开裂深度为0.2mm，平直无分支，外围无氧化脱碳区，开裂锐利。原因是裂纹在淬火快速冷却过程中形成，然后套圈不再经过长时间的高温加热，因此裂纹周围没有氧化脱碳区。

图2淬火裂纹的形状。

图3裂纹外围及末端（×400）

2)锻造水裂纹(见图4箭头a部):裂纹始于端面倒角，沿轴向延伸。普通锻造裂纹是锻造加工后沿晶界出现的表面裂纹状裂纹，锻造裂纹是锻造成形的高温套管掉入地面积水中，套管的一部分区域在积水中淬火。另外，从图5的裂纹周边和末端的形状来看，裂纹深度为0.5mm，平直无分支，周边有氧化脱碳区，裂纹尖锐。原因是轴承套圈锻造后需要退火，退火过程中裂缝长时间高温加热，裂缝周边氧化、脱碳。

图4锻造水裂纹的形状。

图5开裂外围及末端（×100）

3)车削裂纹(见图6):裂纹短直，沿套圈圆周方向(即车刀运动方向)间歇平行分布，从图7裂纹周边和末端形状来看，裂纹深度为0.1mm，无分枝和氧化脱碳区，裂纹锐利。原因是车削裂纹也在淬火过程中形成，今后不会经历长时间的高温加热，因此裂纹周围没有氧化脱碳区。

图6车削去了裂纹的形状。

图7开裂外围及末端（×400）

4)磨削裂缝(见图4):裂缝呈网状分布，其形状与热处理表面裂缝相似，但有差异，磨削裂缝套的表面伴有带状回火区域，热处理表面裂缝的原因是表面脱碳，冷酸洗时没有发现表面脱碳，因此图5的表面网状裂缝是磨削裂缝。再从图8的裂纹周边和末端形态来看，裂纹深度为0.08mm，无分枝和氧化脱碳区，裂纹锐利。原因是磨削裂缝形成后，不再经历长时间的高温加热，因此裂缝周围没有氧化脱碳区。

图8开裂外围及末端（×400）

2.2断口特征分析。

1)淬火断裂:由灰色粗结晶断裂区构成，按JB1255-91标准评定为过热断裂(见图9)。

2)锻造水断路:断路由浅灰色细瓷状脆性断路区构成，按有关标准评价为正常断路，但滚道侧有宽2mm、长16mm的黑断路区，黑断路区与浅灰色断路区的边界有多条极细的放射线，黑断路区为断路源(见图10)

3)车削裂缝:切口平直，由灰色细瓷状脆性切口区构成，按标准评价为正常切口。另外，在切口上也可以看到短径向裂纹与套圈内表面粗车刀痕连接，表示裂纹在粗车刀痕根部裂纹向径向扩展，在外力下进一步加深(见图11箭头)。

4)磨削断口:断口由浅灰色细瓷状脆性断口区构成，按标准可评价为正常断口，断口也有放射线，但没有黑色断口区(见图12)。

3、裂纹形成原因及注意事项。

1)淬火裂纹的形成原因是由于振底式氮气保护炉内部的套圈粘连，无法按节拍振动高温加热区域，淬火加热温度过高，加热时间过长，奥氏体晶粒变粗，碳化物溶解过多，淬火过程中形成粗马氏体，伴随着大的组织应力和热应力，套圈应力集中(密封槽)的应力超过原子间的结合力产生微裂纹，之后微裂纹进一步扩大形成淬火裂纹。预防措施是清理振底式氮气保护炉炉膛的粘结物，防止套圈加热时粘结。

2)锻造水开裂的形成原因是锻造加工时操作人员不小心将刚锻造成型的高温套管掉入机床附近的地面积水中，预防措施是排除地面积水，防止套管掉入积水中。

3)车削裂纹的形成原因是淬火冷却时粗车刀痕产生应力集中，刀痕根部裂纹产生微裂纹，径向扩展。预防措施是使操作人员正确执行操作技术，避免粗车刀痕。

4)磨削裂纹的形成原因是在磨削过程中采用钝磨轮和大进给量高速磨削，使套圈表面温度达到820~840℃，套圈表面的一部分区域再次奥氏体化，这部分奥氏体在冷却液的作用下再次淬火成马氏体(二次马氏体)，产生很大的热应力和组织应力预防措施是及时修整磨具，避免采用大进料量高速磨削，减少磨热。

4.总结轴承套圈不同类型裂纹的特点:

1)淬火裂纹:裂纹呈不规则线状，始于应力集中区(角、槽、夹杂物等部位)，裂纹周边无氧化脱碳区，裂纹锐利，过热。

2)锻造水裂纹:裂纹深，从浸水部开始，裂纹周围有氧化脱碳区，裂纹圆钝，正常切口。

3)车削裂纹:裂纹浅，呈直线状，始于粗车刀痕根部，裂纹断断续续沿车刀运动方向平行分布，裂纹周边无氧化脱碳区，裂纹锐利，正常切口。

4)磨削裂缝:裂缝浅呈网状，磨削表面常伴有带状回火区，裂缝周边无氧化脱碳区，裂缝锐利，正常断口。

关键词:配套轴承。