硬滲氮保持架斷裂分析

王 宇，潘 潔

（瓦房店軸承集團(tuán)有限公司，遼寧 瓦房店 116300）

1 前言

滲氮工藝廣泛用于各種高速傳動精密齒輪，高精度機(jī)床主軸（如鏜桿、磨床主軸），在變向負(fù)荷工作條件下要求疲勞強(qiáng)度很高的零件（如高速柴油機(jī)曲軸），以及要求變形很小和具有一定抗熱、耐蝕能力的耐磨零件。經(jīng)滲氮處理后，零件能獲得極高的表面硬度、良好的耐磨性、耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性和高疲勞強(qiáng)度[1]。對一批某規(guī)格深溝球軸承保持架進(jìn)行滲氮處理后，在現(xiàn)場裝配未使用情況下，部分軸承保持架斷裂。對該批軸承斷裂保持架及未斷裂保持架取樣檢驗(yàn)，分析其斷裂原因。

2 保持架檢驗(yàn)

待檢試樣外觀形貌：斷裂保持架試樣見圖1，未斷裂保持架見圖 2。對圖 2 中軸承保持架進(jìn)行取樣檢驗(yàn)。

圖1 斷裂保持架

圖2 未斷裂保持架

2.1 化學(xué)成分檢測

將試樣表面滲氮層打磨掉，采用 ARL4460直讀光譜分析儀按 GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼 多元素含量的測定 火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》對試樣進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表 1。根據(jù)該規(guī)格軸承圖紙要求，該保持架材料牌號為標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13237—2013《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋鋼板和鋼帶》中的 08Al，由表 1 可知該保持架化學(xué)成分均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 硬度檢測

采用KB 30SR-SA型維氏硬度計（檢測范圍：8～1000HV）對來樣進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，按GB/T 4340.1—2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，結(jié)果表明斷裂保持架與未斷裂保持架硬度有差異，檢驗(yàn)結(jié)果見表 2。

表2 維氏硬度檢測

2.3 顯微組織

采用 LEICA DMRXE 金相顯微鏡檢驗(yàn)，保持架晶粒度及游離滲碳體均符合 GB/T 13237—2013《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋鋼板和鋼帶》標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測結(jié)果見表 3，晶粒度見圖 3 和圖 4。斷裂保持架表面滲氮厚度不均勻且不連續(xù)，未斷裂保持架表面滲氮層明顯優(yōu)于斷裂保持架，滲氮層形貌見圖 5 和圖 6。

表3 顯微組織檢測結(jié)果

圖3 斷裂保持架晶粒度×100

圖4 未斷裂保持架晶粒度×100

圖5 斷裂保持架表面硬滲氮層×500

圖6 未斷裂保持架表面硬滲氮層×500

2.4 掃描電鏡斷口檢驗(yàn)及能譜分析

使用 Axia 掃描電鏡分析檢測，經(jīng)檢驗(yàn)判斷，斷裂保持架斷口為脆性沿晶斷口[2][3]，人為折斷的未斷裂保持架斷口未見沿晶斷口，如圖7—10 所示。

圖7 斷裂保持架斷口形貌×500

圖8 人為折斷的未斷裂保持架斷口形貌×500

圖9 斷裂保持架斷口形貌×2000

圖10 人為折斷的未斷裂保持架斷口形貌×2000

3 分析與討論

根據(jù)保持架斷裂形式，結(jié)合理化分析，可以確定斷裂保持架為脆性沿晶斷裂。斷裂保持架表面硬滲氮層厚度不均勻且不連續(xù)，該保持架硬度與未斷裂保持架相比略高。安裝時保持架受力造成應(yīng)力疊加，在滲氮層不連續(xù)處最易發(fā)生裂紋，從而引起保持架斷裂。

4 結(jié)束語

該軸承僅在安裝條件下保持架嚴(yán)重斷裂，發(fā)生該失效現(xiàn)象的原因與保持架材料滲氮工藝有關(guān)，應(yīng)嚴(yán)格控制材料滲氮工藝[4][5]，保證滲氮層的均勻及連續(xù)。