深沟球轴承外圈表面凹坑缺陷研究

深沟球轴承外圈表面凹坑缺陷研究

杨金芳

浙江五洲新春集团股份有限公司，浙江 绍兴 312500

摘要：表面凹坑是深沟球轴承使用过程中常出现的缺陷问题，为有效解决这一缺陷，结合某深沟球轴承，应用各种检验技术对其表面凹坑产生的原因进行具体分析。结果表明：由于该深沟球轴承在制造过程中表面存在腐蚀性介质，形成了表面锈蚀，所以导致轴承表面出现了腐蚀凹坑。最后针对具体的缺陷及原因提出相应的解决方案。

关键词：深沟球；轴承；表面凹坑；腐蚀凹坑；检验技术

引言

轴承是重要的机械基础件之一，深沟球轴承则是滚动轴承中常见的一种类型，其主要是有滚动体、保持架、内外和外圈这四个部分构成。深沟球轴承的作用主要是支承和减小摩擦，目前广泛应用在航空航天、高铁、矿山机械等设备中。随着社会的快速发展，人们对深沟球轴承的性能要求越来越高，尤其是对轴承表面的技术要求更高，要求轴承在使用过程中应有良好的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性等。

某轴承厂家生产的深沟球轴承为风电用油泵电机轴承，但在使用之前，发现该轴承的外圈有明显的凹坑。为解决这一问题，对轴承外圈凹坑进行取样，并通过化学成分分析、洛氏硬度检验、金相组织检验、非金属夹杂物检验等检验技术，对其凹坑产生的原因进行分析，并由此提出具体的解决方案。

1、深沟球轴承外圈表面凹坑缺陷检验方法

1.1 外观检验法

首先可通过外观检验法分析该轴承表面凹坑缺陷产生的原因，外观检验法还可具体分为宏观检验和微观检验这两种。其中，在宏观检验中，主要对外圈整体形貌进行观察（图1），然后确定取样位置。对轴承外圈整体形貌进行检查后得知，表面凹坑为局部分布的状态，倒角处凹坑则为连续分布状态。同时表面与倒角凹坑形状凹凸不平，凹坑较深，截面为圆弧桩，为锐角，无尖角（图2和图3）。

图1 轴承外圈整体形貌

图2 外圈端面点状凹坑

图3 外圈倒角点状凹坑

微观检验则是用显微镜对轴承外圈断面的缺陷进行观察，在200倍显微镜观察下，可明显看到外圈断面存在凹坑，且凹坑有腐蚀氧化色，边缘无脱碳（图4）。对端面凹坑切割取样，用500倍显微镜观察其截面形貌（图5）。

图4 200倍显微镜下轴承外圈凹坑情况

图5 500倍显微镜下切样截面形貌

1.2 化学成分分析法

为了解该轴承外圈化学成分是否符合相应的标准要求，且是否是成分原因导致轴承外圈凹坑出现，采用化学成分分析法对其进行检验。在具体的检验过程中，主要采用ARL4460直读光谱分析仪进行检验。检验结果见表1。根据检验结果得知，该轴承外圈的原材料为钢种GCr15，依据GB/T18254-2016《高碳铬轴承钢》标准得知，该轴承外圈的化学成分符合标准要求。因此可排除该轴承外圈凹坑的产生与其化学成分有关。

表1 轴承外圈断面化学成分检验结果

1.3 洛氏硬度检验法

为检验轴承外圈凹坑是否与其硬度有关，采用洛氏硬度检验法对轴承外圈端面硬度进行检验。在实际检验过程中，主要是采用HR-150A洛氏硬度计进行3次检验，检测范围为20~67HRC，检验结果见表2。

表2 轴承外圈端面洛氏硬度（HRC）

依据JB/T 1255-2104《滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准要求，洛氏硬度标准范围是60~65HRC，而三次实测值均在范围内，因此说明该轴承外圈端面硬度符合标准范围，因此可排除轴承外圈凹坑产生与其硬度有关。

1.4 金相组织检验法

为检验该轴承外圈凹坑是否与其热处理质量有关，对轴承外圈切割试样，并对其进行金相组织检验。在具体的检验过程中，主要是采用LEICA DMRXE金相显微镜（500倍）进行检验，检验项目为马氏体、屈氏体、碳化物网状，具体的检验结果见表3。依据JB/T 1255-2104标准要求得知，该轴承外圈热处理质量符合标准。凹坑边缘组织及基体组织见图6。

表3 轴承外圈端面金相组织检验结果

图1 凹坑边缘组织和基体组织

1.5 非金属夹杂物检验法

为检验该轴承外圈端面凹坑是否与其非金属夹杂物有关，采用LEICA DMEXE金相显微镜对凹坑边缘处和基体非金属夹杂物进行检验，检验结果见表4和表5。依据GB/T 18254-2016标准得知，该轴承外圈非金属夹杂物符合标准要求。

表4 凹坑边缘非金属夹杂物检验结果

表5 基体非金属夹杂物检验结果

2、检验结果讨论

综合上述检验结果，在对该轴承外圈微观检验中得知，凹坑边缘无脱碳，由此可说明表面凹坑缺陷是在热处理后产生，因为如果是在热处理之前在轴承外圈断面有异物存在，在热处理后可观察凹坑边缘处有脱碳现象；随后对该轴承外圈进行化学成分检验、洛氏硬度检验和金相组织检验，检验结果均表明该轴承外圈的热处理质量符合标准要求，且在非金属夹杂物检验过程中，也未发现有大颗粒夹杂物，凹坑边缘组织与基体组织基本相同。由此可判断该轴承外圈凹坑并非是因为大颗粒夹杂物脱落导致。进一步分析凹坑产生的原因，由于凹坑边缘未有脱碳的现象，且截面为圆弧状，因此可判断凹坑可能是因为腐蚀形成，可能是在产品制造的过程中表面存在腐蚀性介质，使得表面腐蚀，进而使得轴承表面有腐蚀凹坑。综合来看，凹坑是在热处理工序后产生，轴承在热处理过程中使用了盐淬火，盐具有一定的腐蚀性，容易对轴承表面产生腐蚀性作用，如果不能及时清洗或者清洗不干净，就容易导致轴承表面有腐蚀坑。

在明确该轴承外圈表面凹坑缺陷产生的原因后，可采取这些措施解决：在不影响热处理工序的前提下，将盐淬火到清洗的时间缩短，及时更新清洗液，以及对清洗温度加以控制，避免因热处理后清洗不好或表面磨削加工不及时等导致凹坑产生。

参考文献：

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