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文/張玲，洛陽LYC軸承有限公司

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(zhì)量的一項重要指標(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，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(chǎn)品質(zhì)量，對其樣件進(jìn)行了原因分析及整個加工過程進(jìn)行了調(diào)查。

圖1   滾子外觀

1.缺陷樣件分析

（1）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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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。

（2）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滾動軸承零件脫碳層深度測定方法》中的附錄A標(biāo)準(zhǔn)圖片比對，發(fā)現(xiàn)有貧碳現(xiàn)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(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，則稱貧碳。

圖2  滾子貧碳深度

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。

圖3   滾子邊緣貧碳形貌（500×） 

圖4  滾子心部無貧碳形貌（500×）

（3）對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，查該型號的滾子先后采用A和B兩個廠家的原材料，連續(xù)數(shù)個班次的加工，只有A廠家的滾子出現(xiàn)貧碳，且比例不是很大；另外一個廠家的產(chǎn)品多個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，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→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(chǎn)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(guān)。

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(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，但均屬于對棒料抽檢。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)，最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

（1）滾子局部硬度值偏低是由于滾子表面局部貧碳所致。

（2）導(dǎo)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(yīng)對滾子料的生產(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。