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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實驗室）

　　摘　要：對局部硬度值偏低的滾子進行了高低倍金相組織觀察，并對原材料和滾子制造工序進行了分析，結果表明：滾子局部硬度值偏低是由于原材料貧碳深度過深導致的貧碳殘余所致。
　　關鍵詞：局部硬度值偏低；鐵路貨車軸承滾子；貧碳

　　軸承零件的硬度對疲勞壽命和耐磨性能有很大的影響，硬度值是衡量軸承質量的一項重要指標。因此，在軸承零件的制造加工過程中，從原材料的進廠到熱處理工序的質量控制，都有著嚴格可靠的工藝規(guī)范和相應的質量保證措施。尤其是鐵路貨車軸承產品其熱處理后的技術要求應嚴格執(zhí)行《TB/T2235鐵道車輛滾動軸承技術條件》，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，端面一側帶穴（形貌見圖1），在帶有氮基保護氣氛的熱處理輥底爐生產線淬回火后，熱處理正常抽檢酸洗檢查時，外觀發(fā)現一粒滾子的滾道面存在顏色異常，檢查滾子滾動面局部硬度偏低為：57HRC、57.5HRC、57HRC，隨后抽取其他批次的熱后滾子也有個別滾子滾動面硬度偏低，酸洗比例為1/50。為了保證滾子的產品質量，對其樣件進行了原因分析及整個加工過程進行了調查。

　　1.缺陷樣件分析
　?。?）缺陷樣件硬度檢查
　　采用HRA-150洛氏硬度計，對353130B圓錐軸承滾子帶穴端面處的硬度進行檢測：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標準要求。利用V型胎膜，檢查顏色正常滾動面硬度為61HRC、61.5HRC、62HRC，顯然缺陷樣件為滾動面局部硬度偏低。

　?。?）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，與標準《JB/T7362—2007滾動軸承零件脫碳層深度測定方法》中的附錄A標準圖片比對，發(fā)現有貧碳現象（見圖2）。金屬材料在加熱、保溫時，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，硬度有偏低的現象時，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)現貧碳，但在滾子的大端面倒角部位，卻發(fā)現有貧碳現象。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量少而細小，而心部正常區(qū)域的組織碳化物顆粒數量多而稍大（見圖4）。對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。

　?。?）對滾子帶穴部位的組織進行觀察
　　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)現貧碳現象。對滾子非穴部位，觀察其組織形貌，未發(fā)現任何異常現象。
　　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行生產和淬回火加工，熱處理定型設備為帶有保護氣氛的輥底爐鹽淬生產線進行淬回火加工，查該型號的滾子先后采用A和B兩個廠家的原材料，連續(xù)數個班次的加工，只有A廠家的滾子出現貧碳，且比例不是很大；另外一個廠家的產品多個班次的檢查過程中沒有發(fā)現貧碳滾子。查熱處理的相關記錄沒有發(fā)現設備異常，對出現貧碳質量問題滾子的進行了100%酸洗挑揀，從挑揀的滾子來看，也屬個別滾子。若是熱處理工序因氣氛不好導致的貧碳應是批量性的，其在酸洗檢查時，在滾子的任何部位均為發(fā)現不同程度的貧碳區(qū)。

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

　　3.原材料分析
　　查清該型號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個子爐號。為了保證本批次材料爐號的滾子質量，進行了100%酸洗挑揀。根據熱處理工序的加工及整個質量檢查情況來看，這是一起與原材料質量有關的質量問題。雖然滾子原材料進廠進行了相關檢驗，但均屬于對棒料抽檢。按照訂貨技術條件要求，鋼廠應提供零脫碳的產品，但實際上未到達軸承制造廠家的要求。鋼廠應提供零脫碳的磨光料，雖然也經過車削、扒皮、磨光，但在某些熱加工環(huán)節(jié)因設備原因或控制問題導致脫碳深度超標，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.結語
　?。?）滾子局部硬度值偏低是由于滾子表面局部貧碳所致。
　?。?）導致滾子局部硬度偏低的原因是由于原材料貧碳所致。
　　（3）鋼廠應對滾子料的生產制造各環(huán)節(jié)進行嚴控，按要求應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量。

來源：《金屬加工：熱加工》2016年第15期