背衬滚动轴承外套断裂失效分析

某单元的背衬滚动轴承安装机仅几十小时就发生了轴承外套断裂的故障。一般来说，轴承的故障形式主要是轴承的早期疲劳故障，即滚筒、外径面在应力的反复作用下剥落。背衬滚动轴承，特别是在短时间内外套断裂，具有特殊性，因此进行断裂故障分析，轴承型号查询网(简称:轴承型号查询网)分享背衬滚动轴承外套的早期断裂故障形式和分析简称情况。

1.检查过程和结果。

1.1断裂套外观检查。

图1是断裂圈的宏观形状尺寸。图1中箭头1是指断裂位置的箭头2是指接近断口附近的外表面伤口区域。伤口沿外径长约200mm，这200mm范围内有8条宏观可见的裂缝。这些裂纹位于套圈宽度的中心区域。对套圈表面进行冷蚀处理后，发现伤口有淡黄色的烧伤色，其他区域为正常基体颜色，滚筒表面完全无损。套圈表面呈现爬行状态特征。

1.2断口宏观检查。

对断口进行宏观检查，发现整个断口呈脆性断裂特征，断口平整，有金属光泽，垂直于正应力方向。断口上三区比较明显，断口源位于外表面下约10mm处，呈圆形，以此为中心向周围扩展辐射状，扩展区约占整个断口的85%。从断口的宏观形象特征初步判断，该轴承受相当大的应力。断裂源在外径表面之间有t字形的脊柱，脊柱下有裂纹，该裂纹与套圈表面的裂纹相连。图2是整个切口的宏观形象。

1.3切口的微观形状。

将图2中带有宏观断裂源的部分(红线显示区)用线切割方法切割成微观分析样品。放在QUANTA400型扫描镜下观察微观切断形状，发现切断源在裂缝下，裂缝呈倒t字形。断裂源是解理断裂，迅速扩展。断裂源、扩展区均未发现可引起裂纹的冶金缺陷，见图3。从裂缝两侧的微观形状可以看出，裂缝附近的基体磨损，见图4。

1.4金相组织检查。

将垂直切口的截面打磨抛光后，在光学显微镜下观察，发现套圈表面下有压碎性裂纹，裂纹附近没有发现可引起裂纹的冶金缺陷，与扫描镜的分析结果一致。用4%的硝酸酒精腐蚀，然后在光学显微镜下观察，发现套圈的金相组织是回火马氏体+回火贝氏体+碳化物，存在一定程度的组织偏析，碳化物分布均匀，如图5、图6、图7所示。从截面的金相组织可以看出断口与轧制垂直，表明断裂与组织偏析没有直接对应的关系。

1.5硬度测量。

用手持硬度计分别在套圈外径表面沿宽度方向测量宏观硬度。图1中伤区两侧区域硬度为HRC60.5，宽中心伤区硬度为HRC50。其他部位的边缘和中心区域硬度在HRC61~HRC58之间，符合技术要求。

2.分析和讨论。

通过以上检查结果分析，套圈外表面的淡黄色烧伤颜色表明套圈发生了机械热损伤，热作用下该区域的硬度从HRC60.5急剧下降到HRC50，强度也大幅度下降，在机械力的作用下容易发生挤压裂纹。裂纹的存在显着降低了裂纹强度，在裂纹前端产生应力集中。下一次应力循环时，当应力达到或超过材料强度极限时，套圈会早期断裂。

套圈表面的热烧伤是由于安装过剩量过多引起的。资料记载:轧机轴承内、外套断裂的原因，大部分是由于安装过剩量过大的轴和外壳的圆角过大烧伤严重或冲击负荷过大等。背衬轴承载的轧制力是否均匀主要取决于背衬轴承的尺寸精度。背衬轴承的原始尺寸精度非常高。其外环和内环的允许径向偏差一般在5μm以上，最大壁厚点标有箭头组装时使用，将壁厚轴承部件安装在同一轴上。安装背衬轴承时，必须将截面高度相同的背衬轴承安装在一个轴上，即所有轴承端面用于指示壁厚最大点的箭头必须在一个方向上，使其外圆面一致，平行于轴和轧制产品面。如果背衬轴承没有安装成直线，则组合轴承的外圆表面的高低不均匀，轻者在轧制过程中发生振动，产生偏载，降低轴承寿命的重者，外套不是旋转，而是会发生严重的表面摩擦。有摩擦必然会产生摩擦热，热量不能马上导出的话，表面会烧伤。

其次，圈套内部组织正常，外径表面硬度符合技术要求，但存在一定的组织偏析，组织偏析与此次部件故障无直接对应关系，但确实影响材料寿命，服务中组织偏析弱区容易破裂，是不容忽视的组织因素。

3.结论和建议。

通过以上检验分析讨论，可以得出以下结论并提出建议

(1)套圈内部组织正常，外径表面硬度符合技术要求，除有一定的组织偏析外，未发现可引起裂纹的冶金缺陷。

(2)由于套圈外表面摩擦引起的机械热损伤，套圈出现挤压裂纹。裂纹的存在显着降低了裂纹强度，在裂纹前端产生应力集中。当应力达到或超过材料强度极限时，套管早期断裂。

(3)套圈外表面的局部热损伤是由于安装过剩量过大引起的。建议加强组装质量检测和管理。多辊冷轧机背衬轴承不仅要重视材料的选择、制造过程，还要严格管理后续的安装调整和使用维护等各个方面。

关键词:配套轴承。