GCr15钢制φ40mm×50mm滚子破坏分析

孙海洋，崔丹男，王晓敏

（1. 哈尔滨轴承集团公司 质量控制部，黑龙江 哈尔滨 150036；2. 哈尔滨健力精密机械制造有限公司, 黑龙江 巴彦151800）

GCr15钢制φ40mm×50mm滚子破坏分析

孙海洋1，崔丹男1，王晓敏2

（1. 哈尔滨轴承集团公司 质量控制部，黑龙江 哈尔滨 150036；2. 哈尔滨健力精密机械制造有限公司, 黑龙江 巴彦151800）

通过对已损坏的φ40mm×50mm滚子从显微组织、硬度和钢种等方面进行试验和分析，发现热处理淬火组织不良、硬度低、淬硬层浅是导致滚子早期损坏的主要原因；材料中的碳化物网状不合格和使用中的冷作硬化对滚子也会产生不良影响。

疲劳破坏；屈氏体；冷作硬化；网状碳化物

1 前言

滚动轴承寿命是衡量轴承质量最重要的技术指标，它与材料及热处理质量好坏关系极大，如果材料或热处理质量不好、把关不严，不仅轴承寿命达不到要求，而且会在使用中造成严重后果。通过对轧机轴承滚子故障分析，证明某厂轴承部件生产确实存在较大的质量问题。要保证轴承质量就必须严格控制材料质量，生产厂要有可靠的工艺规范和相应的质量保证措施，才能生产出让用户满意的合格产品。

2 试验分析

2.1 轴承破坏情况

GCr15钢制φ40mm×50mm滚子用于轧钢机轴承，在重载下工作后短时间出现故障，滚子被破坏。

被破坏滚子共两件，1#滚子外貌特征见图1。其工作表面有严重的疲劳剥落（脱皮），其缺陷尺寸：长度为滚子长度，宽度为24mm。2#滚子在一个端面倒角处出现多处脆性崩裂掉块，见图 2。

图1 1#滚子外圆表面疲劳剥落特征，放大倍数 1.2：1

图2 2#滚子在倒角位置多处崩裂掉块，放大倍数 1.2：1

2.2 尺寸测量

尺寸测量结果见表 1。

由表 1 可以看出，使用过的滚子端面有凹陷，1#剥落滚子被辗长，超过设计规定，未出厂库存滚子尺寸符合设计规定。

2.3 硬度测定

滚子硬度测定结果见表 2。

表1 破坏滚子尺寸测量结果与未出厂库存滚子对比/mm

表2 破坏滚子硬度测定结果/HRC

由表 2 可见，1#滚子距表层3mm处硬度变化较大，最低硬度为HRC42.5，不符合JB/T1255-2001标准规定；2#滚子距表层3mm处硬度分布不均，最高达HRC70，远远超过标准规定上限，这样高的硬度是GCr15钢淬回火后不能达到的，它是滚子在工作时工作表面受到很大的挤压应力产生的冷作硬化的结果。

2.4 显微组织

滚子淬回火显微组织按JB/T 1255-2001标准第 2 级别图和第 3 级别图进行评定，检验结果见表 3。

表3 滚子淬回火显微组织评定结果

图3 1#滚子外径表层淬回火组织，屈氏体＞3级（不合格），500×

图4 2#滚子淬回火过热组织，针状马氏体+残留奥氏体（不合格），500×

显微组织检验结果表明1#剥落滚子为淬火欠热或冷却速度不足的屈氏体组织，而2#崩裂掉块滚子属淬火过热马氏体组织。

表4 材料碳化物网状、碳化物带状和碳化物液析检验结果

图5 1#滚子材料碳化物带状＞3级（不合格），500×

2.5 材料碳化物不均匀性

材料碳化物不均匀性检验结果见表 4。

材料碳化物不均匀性除1#滚子碳化物网状不符合标准规定外，其它均符合要求。

表5 材料非金属夹杂物检验结果

2.6 材料非金属夹杂物

材料非金属夹杂物检验结果见表 5。

2.7 断口分析

由图 1 可以明显看出，该滚子破坏面具有相互平行条状并有一定弧度呈扇形向外延伸，类似贝壳纹状的疲劳条纹，条纹间距约为0.5mm，条纹较粗。通常疲劳纹需要在放大到数千倍至上万倍电子显微镜下才能区分清楚，而该滚子疲劳纹在宏观下就能看得十分清晰，这说明该滚子疲劳裂纹发展很快，在很短时间内工件就被破坏，也可称为早期疲劳破坏（剥落）。

图 2 滚子崩裂掉块在倒角处，断口肉眼观察呈颗粒状结构，晶粒较粗，与显微组织观察淬火温度偏高组织过热有关。在断面上未发现有陈旧性断口和材料缺陷。

2.8 钢种分析

通过看谱分析，确定1#剥落滚子和2#崩裂掉块滚子材料为GCr15钢。

3 结论

（1）所用的被破坏的¢40mm×50mm滚子，钢种为GCr15钢，材料质量（碳化物带状、碳化物液析与钢中非金属夹杂物）合格，未发现有冶金缺陷。

（2）1#滚子破坏属于疲劳剥落，是由于热处理淬火硬度低、淬火硬化层太浅，显微组织中存在较多的屈氏体和材料中的碳化物网状造成的。

（3）2#滚子破坏属于脆性崩裂掉块，是由于热处理淬火加热温度过高、组织过热使钢的强韧性降低所致。

（4）2#滚子表面硬度过高是滚子在运转时重载下冷作硬化造成的，这种冷作硬化使滚子工作表层的硬度超过GCr15钢淬火后所能达到的最高硬度，容易使滚子产生脆性崩裂掉块现象。

（编辑：王立新）

Roller failure analysis of φ 40mm × 50mm made of GCr15 steel

Sun Haiyang1, Cui Dannan1, Wang Xiaomin2
( 1. Department of Quality Control,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 2.Harbin Health Force Precision Machinery Manufacturing Co., Ltd,Bayan 151800,China )

Through testing and analysis to damaged ¢ 40 mm× 50 mm roller from the microstructure, hardness and steel type and so on through heat treatment it is found poor quenching organization, low hardness, shallow hardened layer is causing major reason damage to the roller early; unqualif i ed mesh carbide in material and cold work hardening in use will also have adverse effects to roller.

fatigue failure; troostite; cold work hardening; mesh carbide

TH133.33+2

B

1672-4852（2014）02-0017-02

2013-09-03.

孙海洋（1976 -），女，统计师.