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鐵路貨車軸承滾子局部硬度值偏低分析

2018-05-24

張玲　魏建文　孫偉
（洛陽LYC軸承有限公司、航空精密軸承國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

　　摘　要：對(duì)局部硬度值偏低的滾子進(jìn)行了高低倍金相組織觀察，并對(duì)原材料和滾子制造工序進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：滾子局部硬度值偏低是由于原材料貧碳深度過深導(dǎo)致的貧碳?xì)堄嗨隆?br /> 　　關(guān)鍵詞：局部硬度值偏低；鐵路貨車軸承滾子；貧碳

　　軸承零件的硬度對(duì)疲勞壽命和耐磨性能有很大的影響，硬度值是衡量軸承質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。因此，在軸承零件的制造加工過程中，從原材料的進(jìn)廠到熱處理工序的質(zhì)量控制，都有著嚴(yán)格可靠的工藝規(guī)范和相應(yīng)的質(zhì)量保證措施。尤其是鐵路貨車軸承產(chǎn)品其熱處理后的技術(shù)要求應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《TB/T2235鐵道車輛滾動(dòng)軸承技術(shù)條件》，規(guī)定鐵路貨車軸承滾子硬度值為60~64HRC。

　　某批次GCr15鋼制鐵路貨車軸承圓錐軸承滾子，端面一側(cè)帶穴（形貌見圖1），在帶有氮基保護(hù)氣氛的熱處理輥底爐生產(chǎn)線淬回火后，熱處理正常抽檢酸洗檢查時(shí)，外觀發(fā)現(xiàn)一粒滾子的滾道面存在顏色異常，檢查滾子滾動(dòng)面局部硬度偏低為：57HRC、57.5HRC、57HRC，隨后抽取其他批次的熱后滾子也有個(gè)別滾子滾動(dòng)面硬度偏低，酸洗比例為1/50。為了保證滾子的產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)其樣件進(jìn)行了原因分析及整個(gè)加工過程進(jìn)行了調(diào)查。

　　1.缺陷樣件分析
　?。?）缺陷樣件硬度檢查
　　采用HRA-150洛氏硬度計(jì)，對(duì)353130B圓錐軸承滾子帶穴端面處的硬度進(jìn)行檢測(cè)：帶穴部位硬度為61HRC、61HRC、61.5HRC；其余端面部位硬度為61HRC、61.5HRC、62HRC，符合TB/T2235標(biāo)準(zhǔn)要求。利用V型胎膜，檢查顏色正常滾動(dòng)面硬度為61HRC、61.5HRC、62HRC，顯然缺陷樣件為滾動(dòng)面局部硬度偏低。

　?。?）顏色異常區(qū)域金相觀察
　　在顏色異常區(qū)硬度低的位置附近，沿軸向方向磨制金相試樣。經(jīng)4%硝酸酒精浸蝕后，在低倍和500倍下觀察深腐蝕處的金相組織，與標(biāo)準(zhǔn)《JB/T7362—2007滾動(dòng)軸承零件脫碳層深度測(cè)定方法》中的附錄A標(biāo)準(zhǔn)圖片比對(duì)，發(fā)現(xiàn)有貧碳現(xiàn)象（見圖2）。金屬材料在加熱、保溫時(shí)，其表面的碳被氧化，致使該表層的碳全部或局部喪失，這種現(xiàn)象就叫脫碳，這種碳分喪失的表面就稱為脫碳層。因碳喪失不多，又觀察不到明顯的脫碳層，但過剩碳化物明顯減少，硬度有偏低的現(xiàn)象時(shí)，則稱貧碳。

　　深腐蝕后檢查該部位的金相組織則存在貧碳，且深度為0.28mm。在奧林巴斯GX51顯微鏡下，低倍和高倍觀察滾子的小端面部位，檢查未發(fā)現(xiàn)貧碳，但在滾子的大端面倒角部位，卻發(fā)現(xiàn)有貧碳現(xiàn)象。深腐蝕500倍可觀察到該區(qū)域組織（見圖3），表面的碳化物顆粒數(shù)量少而細(xì)小，而心部正常區(qū)域的組織碳化物顆粒數(shù)量多而稍大（見圖4）。對(duì)于貧碳部位淺腐蝕后，500倍可還觀察到其表面有板條狀組織形貌。

　?。?）對(duì)滾子帶穴部位的組織進(jìn)行觀察
　　首先在滾子帶穴端面沿中心部位制取小試樣，沿縱截面磨制金相試樣。觀察帶穴試樣端面的組織狀況，高低倍觀察均無發(fā)現(xiàn)貧碳現(xiàn)象。對(duì)滾子非穴部位，觀察其組織形貌，未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。
　　綜上分析，滾子硬度局部偏低是由于滾子表面局部貧碳所致。

　　2.熱處理工序分析
　　鐵路貨車軸承滾子，加工采用批次管理的方式進(jìn)行生產(chǎn)和淬回火加工，熱處理定型設(shè)備為帶有保護(hù)氣氛的輥底爐鹽淬生產(chǎn)線進(jìn)行淬回火加工，查該型號(hào)的滾子先后采用A和B兩個(gè)廠家的原材料，連續(xù)數(shù)個(gè)班次的加工，只有A廠家的滾子出現(xiàn)貧碳，且比例不是很大；另外一個(gè)廠家的產(chǎn)品多個(gè)班次的檢查過程中沒有發(fā)現(xiàn)貧碳滾子。查熱處理的相關(guān)記錄沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，對(duì)出現(xiàn)貧碳質(zhì)量問題滾子的進(jìn)行了100%酸洗挑揀，從挑揀的滾子來看，也屬個(gè)別滾子。若是熱處理工序因氣氛不好導(dǎo)致的貧碳應(yīng)是批量性的，其在酸洗檢查時(shí)，在滾子的任何部位均為發(fā)現(xiàn)不同程度的貧碳區(qū)。

　　滾子制造工藝流程：原材料檢驗(yàn)→投料→冷鐓→軟磨→熱處理→噴丸→磨加工→探傷檢查。從整個(gè)流程來看，產(chǎn)生貧碳的因素只有兩個(gè)，一個(gè)是熱處理，一個(gè)是原材料。綜合以上的分析，顯然貧碳的發(fā)生與熱處理無關(guān)。

　　3.原材料分析
　　查清該型號(hào)滾子所在批次的原材料，系某鋼廠提供的無脫碳的磨光料，規(guī)格為直徑23.2mm，材料為GCr15，重量為46噸，已全部投料，共7個(gè)子爐號(hào)。為了保證本批次材料爐號(hào)的滾子質(zhì)量，進(jìn)行了100%酸洗挑揀。根據(jù)熱處理工序的加工及整個(gè)質(zhì)量檢查情況來看，這是一起與原材料質(zhì)量有關(guān)的質(zhì)量問題。雖然滾子原材料進(jìn)廠進(jìn)行了相關(guān)檢驗(yàn)，但均屬于對(duì)棒料抽檢。按照訂貨技術(shù)條件要求，鋼廠應(yīng)提供零脫碳的產(chǎn)品，但實(shí)際上未到達(dá)軸承制造廠家的要求。鋼廠應(yīng)提供零脫碳的磨光料，雖然也經(jīng)過車削、扒皮、磨光，但在某些熱加工環(huán)節(jié)因設(shè)備原因或控制問題導(dǎo)致脫碳深度超標(biāo)，Z終其表面脫碳及貧碳層未全部除掉，致使遺留至軸承廠家。

　　4.結(jié)語
　?。?）滾子局部硬度值偏低是由于滾子表面局部貧碳所致。
　?。?）導(dǎo)致滾子局部硬度偏低的原因是由于原材料貧碳所致。
　?。?）鋼廠應(yīng)對(duì)滾子料的生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)控，按要求應(yīng)提供零脫碳的滾子原材料，才能確保鐵路貨車軸承滾子的整體質(zhì)量。

來源：《金屬加工：熱加工》2016年第15期