对台架试验失效轴承钢球的分析

  我公司在对某批次轴承进行台架试验时，该批次轴承连续三套发生早期失效，且失效钢球为某厂同批次号钢球。我们对失效轴承的钢球进行了失效分析，找出了失效原因，并成功解决了此问题，避免此类问题的发生。
    钢球是滚动轴承的重要承载零件，其均匀分布于内外滚道间，实现轴承的平稳运转。属全工作面零件。并且要保证轴承使用过程中最后发生完全失效，即内外圈有明显疲劳剥落后，钢球才允许出现表面剥落。这主要是考虑如果钢球先于内外圈发生损坏，易因钢球损坏而造成轴承的抱死，引起严重事故。因此在进行轴承台架寿命试验时，不允许出现轴承钢球的早期失效。我公司在对某批次6207轴承进行台架试验时，该批次轴承连续三套发生早期失效，且失效钢球为某厂同批次号钢球。对轴承拆解后发现，失效都是由于单粒钢球局部发生疲劳剥落引起的。    分析过程及检测结果如下：
    1 .扫描电镜分析
    首先对其中一粒失效钢球剥落部位形貌进行了扫描电镜分析。
    经扫描电镜分析和体视显微镜观察，在表面未发现大的和聚集的夹杂物缺陷。疲劳断口由1、2、3三部分组成，结合体视显微镜观察和a、b、c、d 四点部位的扫描电镜局部放大图，可以推断，2部分疲劳断口最先形成，1与3部位是2部位疲劳断口形成后的扩展所致。
    2. 淬火组织及硬度检测
    对钢球沿ⅠⅠ线进行了解剖及多个层面的金相检验。经检验，疲劳断口纵剖面及裂纹周围淬回组织按JB1255评定：淬回火组织3级，合格；硬度为HRC61.5-62，合格；无粗大碳化物。
    3. 微量化学成份及PSAM分析
    经过对失效钢球的解剖分析，该钢球组织、硬度均符合标准要求，缺陷部位未检出可直接导致疲劳剥落的粗大碳化物及夹杂物。但连续发生三套轴承的单粒钢球表面剥落，钢球一定存在某种缺陷是我们没有注意和认识到的。为了查找钢球的失效原因，对其余二粒钢球及同批次号的钢球进行了更进一步的分析。取9粒该批次钢球，热酸洗分清极点及环带后，垂直于极轴沿赤道将钢球分开。对9粒钢球截面进行了微量杂质元素分析，同时对国外A标杆钢球厂家做了同样的分析。
    对分析数据整理后我们发现，该批钢球大颗粒夹杂物数量较大，氧含量较高。夹杂物与氧含量取决于钢材的冶炼水平。钢球由于其工作特点，对钢材的纯净度及均一性要求较高。当大颗粒夹杂物祼露于钢球表面时，在运转时受力会发生脱落。脱落部位就形成疲劳源，引起钢球的早期失效。每套试验轴承中仅有一粒是因为当轴承中任意一粒钢球表面发生剥落，均会引起轴承振动加剧，从而终止了试验运转。
    4. 综合分析及结论
    4.1. 试验轴承所用的该批钢球组织、硬度、碳化物网状均符合JB/T1255-2001标准要求。
    4.2.经更换进口钢球后，该批轴承寿命试验顺利通过，均未发生此种类型失效。
    4.3.钢球生产厂家应严把材料入厂检验关，对重要轴承使用的钢球应使用纯净度高的轴承钢制造。