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高碳鉻軸承鋼制的鐵路軸承零件，在制造過程及用戶驗(yàn)收的磁粉探傷時(shí)，相關(guān)磁痕顯示及假磁痕顯示很少，發(fā)生幾率較高的多為非相關(guān)磁痕顯示。
 
制造鐵路客車、機(jī)車軸承套圈和滾動(dòng)體的材料大多數(shù)為高碳鉻軸承鋼GCr18Mo及GCr15；原材料的各項(xiàng)技術(shù)要求應(yīng)符合鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2232-2010 《鐵道車輛滾動(dòng)軸承技術(shù)條件》中關(guān)于GCr18Mo及GCr15的規(guī)定要求。
 
軸承零件非相關(guān)磁痕的規(guī)律特點(diǎn)
 
洛陽LYC軸承有限公司的仵永剛、張玲等研究人員對(duì)原材料帶狀組織引起的非相關(guān)磁痕顯示的形貌進(jìn)行了分類和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的部位及分布的規(guī)律有如下特征：

• 第一種是套圈端面磁痕沿周向端面分布的點(diǎn)狀及線狀磁痕；
• 第二種是磁粉聚集沿套圈外徑、內(nèi)徑、內(nèi)滾道及外滾道的軸向磁痕；
• 第三種是沿套圈內(nèi)滾道、外滾道的周向磁痕，滾子滾道軸向磁痕。
• 另外：有些是因零件應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生的磁痕，發(fā)現(xiàn)頻率較少。 

從磁痕的密集程度而言：有單條、多條、數(shù)條，有單點(diǎn)、多點(diǎn)、數(shù)點(diǎn)。
 
從磁痕的形貌來看：一種是有規(guī)律性的非相關(guān)磁痕，一種是隨機(jī)性的非相關(guān)磁痕。
 
軸承零件的磁粉探傷
 
1、工藝流程：
 
檢查探傷設(shè)備各部分動(dòng)作→各類工具檢查→軸承零件已磨削→按照要求設(shè)置參數(shù)→日常性能校驗(yàn)→零件進(jìn)行復(fù)合磁化→噴磁懸液→觀察及判定→退磁。
 
2、設(shè)備型號(hào)：

套圈磁粉探傷機(jī)選用CJW-9000探傷機(jī)，滾子磁粉探傷機(jī)選用CJW-1500探傷機(jī)。

3、探傷方法和參數(shù)要求：

均采用非熒光磁粉復(fù)合磁化濕法連續(xù)法探傷試驗(yàn)，可同時(shí)發(fā)現(xiàn)工件表面全方位的缺陷。

根據(jù)零件的尺寸大小，選擇合適的磁粉探傷參數(shù)，避免磁場(chǎng)過低時(shí)造成缺陷漏檢；磁場(chǎng)過強(qiáng)時(shí)易產(chǎn)生過飽和磁化, 形成偽缺陷磁痕。

4、探傷規(guī)則：

《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》和《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》均要求鐵路軸承零件應(yīng)進(jìn)行100%的磁粉探傷檢驗(yàn)。通過磁粉探傷檢驗(yàn)，可以檢驗(yàn)軸承零件存在的原材料缺陷（如裂紋）、鍛造缺陷（如折疊、過燒）、熱處理缺陷（如淬火裂紋）及機(jī)械加工缺陷（如磨削裂紋）等，也可發(fā)現(xiàn)各種非相關(guān)磁痕顯示。

軸承零件的非相關(guān)磁痕形貌
 
1、帶狀組織
 
眾所周知，原材料的帶狀組織形成的磁痕顯示為非相關(guān)磁痕顯示。
 
鐵路客車軸承零件及貨車、機(jī)車軸承滾子均使用高碳鉻軸承鋼GCr18Mo和GCr15。此類高合金鋼經(jīng)冶煉鋼錠凝固時(shí)產(chǎn)生的樹枝狀偏析，導(dǎo)致鋼的化學(xué)成分不均勻，在枝晶間隙中形成碳化物；鋼錠在軋制過程中，沿壓延方向被拉成帶狀，產(chǎn)生了組織的不均勻性。
 
碳化物條帶組織是一種微觀組織形態(tài)，當(dāng)碳化物成條帶分布明顯時(shí)，由于碳化物與基體的磁導(dǎo)率不同，從而在兩相界面處形成漏磁場(chǎng)，導(dǎo)致磁粉積聚成為磁痕顯示。
 
大部分情況下，帶狀碳化物組織雖然會(huì)導(dǎo)致磁痕顯示，但其帶狀碳化物的級(jí)別并沒有超標(biāo)。
 
帶狀碳化物組織所引起的磁痕具有如下特征：軸承套圈出現(xiàn)批量性的端面磁痕屬于偶發(fā)，比例較小的端面磁痕比較常見。
 
不同部位表現(xiàn)不同的特征：套圈端面磁痕形貌有長(zhǎng)有短，有點(diǎn)狀也有線狀的；點(diǎn)狀磁痕較為密集，線狀磁痕有單條、多條及數(shù)條，均沿圓周方向分布；套圈外徑面、內(nèi)徑面及滾道面大致沿軸向分布，表現(xiàn)為單條、多條及數(shù)條；一般表現(xiàn)為局部分布，且數(shù)條磁痕同時(shí)出現(xiàn)，這種現(xiàn)象比較常見；
 
磁痕具有重現(xiàn)性，即使重新過磨甚至磨削多遍，無法消除此種磁痕形貌；磁痕顯示的方向比較整齊,磁痕輪廓不分明，磁粉吸附與相關(guān)磁痕相比較為松散；擦掉磁痕后，肉眼外觀未見任何缺陷；
 
擦去磁痕后在放大鏡下觀察原磁痕處，未發(fā)現(xiàn)有裂紋分布；該磁痕部位截取試樣后顯微鏡下觀察，未見裂紋缺陷特征；缺陷處未發(fā)現(xiàn)材料夾雜物分布；冷酸洗腐蝕后無脫貧碳和燒傷。
 
與發(fā)紋磁痕的區(qū)別：非常細(xì)小，均勻而不濃密，但輪廓清晰（注：發(fā)紋是沿著圓鋼鋼材纖維組織方向分布）。
 
通過解剖大量的磁痕樣件，并觀察其微觀組織證明，磁痕的形成與碳化物聚集有關(guān)。
 
排除各類影響因素，如套圈的磨削燒傷、熱處理組織的影響等，進(jìn)行分析和檢驗(yàn)，可以確定此類磁痕并不是裂紋缺陷磁痕。碳化物條帶如未超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，則沒有必要對(duì)此類磁痕過嚴(yán)控制。
 
（1）內(nèi)圈滾道面磁痕形貌：
 
圖1（a）、（b）反映了內(nèi)圈滾道面的不同形態(tài)的磁痕顯示特征和分布形貌，而圖1（c）、（d）分別代表（a）和（b）磁痕處對(duì)應(yīng)的顯微組織，可見有帶狀碳化物分布。
 
外觀檢查發(fā)現(xiàn)，磁痕位于軸承內(nèi)圈滾道，呈線狀，大致沿軸向分布，長(zhǎng)約8mm，形貌見圖1（a）；磁痕位于軸承內(nèi)圈滾道、斜坡處，呈現(xiàn)數(shù)條，且多沿軸向分布，長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)的一條約為15mm，磁痕形貌見圖1（b）。
 

（a）磁痕形貌1；（b）磁痕形貌2
 

（c）帶狀組織1；（d）帶狀組織2
圖1 內(nèi)圈滾道面磁痕及帶狀組織形貌

 
（2）外圈外徑面磁痕形貌：
 
圖2（a）、（b）反映了外圈外徑面，有多條長(zhǎng)短不一的沿軸向不同形態(tài)的磁痕顯示特征和分布形貌；在顯微鏡下觀察，原磁痕處的顯微及截面組織均可見該處有帶狀碳化物分布，圖2（c）反映了圖2（a）磁痕組織形貌；圖2（d）反映了圖2（b）磁痕處對(duì)應(yīng)的截面組織分布形貌。
 

（a）磁痕形貌1；（b）磁痕形貌2
 

（c）帶狀組織1；（d）帶狀組織2
圖2 外圈外徑面及帶狀組織形貌

 
（3）內(nèi)圈內(nèi)徑面及外圈滾道面軸向磁痕形貌：
 
外觀檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)圈內(nèi)徑面和外圈滾道沿軸向分布有數(shù)條磁痕，分別見圖3（a）、（b）；其原磁痕處的帶狀組織形貌分別見圖3（c）、（d）。

（a）磁痕形貌1；（b）磁痕形貌2；
 

（c）帶狀組織1；（d）帶狀組織2
圖3 內(nèi)圈內(nèi)徑及外圈滾道磁痕及組織形貌

 
（4）端面磁痕形貌：
 
套圈端面（打字面或非打字面均有）分布有多種形貌的磁痕。
 
沿周向分布許多密密麻麻的點(diǎn)狀磁痕；有的靠外內(nèi)徑有一側(cè)，占的比例較大，有的集中于端面某個(gè)區(qū)域；其形貌見圖4（a），觀察端面磁痕組織和截面組織均有帶狀組織分布，見圖4（e），為截面處的顯微組織分布。
 
多條短線狀端面聚集的大面積粗磁痕，且長(zhǎng)短不一，見圖4（b）；圖4（f）為其截面處帶狀碳化物組織分布。
 
套圈端面磁痕形貌與周向有一定的角度分布，呈現(xiàn)角度型數(shù)條磁痕分布，見圖4（c）；圖4（g）為其截面處的顯微組織分布。
 
外觀檢查發(fā)現(xiàn)磁痕呈短線狀，長(zhǎng)短不一，且大致沿圓周方向密集分布，其形貌見圖4（d）；反映端面磁痕處的顯微組織見圖4（h）。
 
依照TB/T 3010《鐵道車輛滾動(dòng)軸承高碳鉻軸承鋼訂貨技術(shù)條件》，上述帶狀組織評(píng)級(jí)均不超標(biāo)。
 

（a）磁痕形貌1；（b）磁痕形貌2
 

（c）磁痕形貌3；（d）磁痕形貌4

（e）帶狀組織1；（f）帶狀組織2
 

（g）帶狀組織3；（h）帶狀組織4
圖4 套圈端面周向磁痕及組織形貌

 
2、機(jī)械加工
 
根據(jù)上述引起非相關(guān)磁痕的原因可知，套圈外徑表面有聚粉現(xiàn)象的直接原因是：套圈被磁化時(shí),外徑表面有磕碰的區(qū)域因?yàn)楫a(chǎn)生塑性變形和冷作硬化，形成局部漏磁場(chǎng)，磁粉粒子被漏磁場(chǎng)吸附而聚集形成磁痕，當(dāng)表面磕碰傷、劃傷被繼續(xù)磨削加工消除后，雖肉眼觀察不到明顯的磕碰痕跡，但因其表面殘余內(nèi)應(yīng)力未完全消失，該部位仍會(huì)形成微弱的漏磁場(chǎng)而吸附磁粉，這類磁痕屬于非相關(guān)磁痕。尤其是在產(chǎn)生塑性變形的冷作硬化部位，造成漏磁場(chǎng)增強(qiáng)，吸附磁粉明顯，因此，縱向磁化電流過大造成外徑面周向磁痕加劇。
 
鐵路軸承零件外表面發(fā)生磕碰傷，產(chǎn)生塑性變形和冷卻硬化，其磁痕形貌見圖5。分析方法是首先觀察磁痕形貌，然后橫向切取原磁痕處制成金相試樣后觀察，缺陷處未發(fā)現(xiàn)材料夾雜物分布。冷酸腐蝕后觀察，缺陷處未發(fā)現(xiàn)脫貧碳及磨削燒傷。如圖5（a）所示，軸承滾子外徑面有三條磁痕，沿圓周方向分布，相互平行，長(zhǎng)度約為3～6mm，該磁痕為機(jī)械傷所致。車輛段進(jìn)行探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)的，軸承內(nèi)圈滾道有磁痕，如圖5（b），呈線狀，大致沿圓周方向分布，磁痕較分散，聚集程度不高，長(zhǎng)約7mm，擦去磁痕后在放大鏡下觀察原磁痕處，未發(fā)現(xiàn)有裂紋分布。依據(jù)上述分析，該缺陷為非相關(guān)磁痕。
 
還有一種是機(jī)械劃傷所致的內(nèi)徑面周向分布磁痕，呈現(xiàn)線狀分布，長(zhǎng)度為2~6mm，見圖5（c）；圖5（d）中的劃傷沿軸向分布。該類磁痕的形貌大小長(zhǎng)短不一，形態(tài)各異，嚴(yán)重者有局部塑性變形，也有的時(shí)輕微劃傷。
 

（a）磁痕形貌1；（b）磁痕形貌2
 

（c）磁痕形貌3；（d）磁痕形貌4
圖5 機(jī)械劃傷磁痕

3、流線磁痕
 
流線磁痕從磁痕分布的面積來看：有數(shù)條短線磁痕沿圓周方向分布，對(duì)此類磁痕形貌觀察，可以看到磁痕面積寬度方向從外圈滾道距離端面1/4高度到1/2高度分布；流線磁痕總長(zhǎng)度分布占套圈周長(zhǎng)的1/4~2/3，有的甚至整圈均稀疏分布，見圖6（a），（b）；觀察單個(gè)磁痕呈線狀，沿圓周方向分布，長(zhǎng)度為1~6mm，且在整個(gè)滾道周向均有數(shù)條線狀磁痕分布。流線磁痕分布在工件滾道面，分布面積廣泛，且均沿滾道周向分布。對(duì)其磁痕進(jìn)行解剖和顯示斷面流線，可知此類磁痕與流線有關(guān)。外觀滾子外徑面呈現(xiàn)不是十分清晰可見的虛磁痕，沿滾道材料軋制方向分布有數(shù)條，拋光腐蝕后觀察無任何組織缺陷，無裂紋，這種磁痕形貌罕見，其形貌見圖6（c）。
 

   
（a）磁痕形貌1；（b）磁痕形貌2；（c）磁痕形貌3
圖6 外圈滾道流線型磁痕及滾子虛磁痕

建議 
（1）因原材料帶狀組織引起的軸承零件的非相關(guān)磁痕，產(chǎn)生幾率較高；雖然磁痕處的帶狀組織有時(shí)不超標(biāo)，但會(huì)導(dǎo)致此類組織會(huì)出現(xiàn)磁痕。由于碳化物條帶未超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，因此沒有必要對(duì)此類磁痕過嚴(yán)控制。 
（2）國(guó)內(nèi)鋼廠生產(chǎn)的電渣重熔鋼，應(yīng)采取措施提高原材料帶狀碳化物的均勻性，減少此類非相關(guān)磁痕的產(chǎn)生，最大限度的滿足鐵路安全生產(chǎn)所要求的材料純凈度；同時(shí)軸承制造廠家應(yīng)對(duì)進(jìn)廠原材料實(shí)施塔形試樣檢驗(yàn)，避免因帶狀組織引起的批量非相關(guān)磁痕的發(fā)生。 
（3）軸承在加工、檢測(cè)、搬運(yùn)、組裝等環(huán)節(jié)應(yīng)避免磕碰傷，減少由于零件表面冷作硬化而導(dǎo)致的非相關(guān)磁痕。
 
節(jié)選自《無損檢測(cè)》2015年11期 
本文作者：仵永剛，洛陽LYC軸承有限公司工程師，主要從事軸承零件的失效分析工作。
              張玲，洛陽LYC軸承有限公司高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)檩S承零件非相關(guān)磁痕的研究。