泥浆泵用圆柱滚子轴承外圈断裂分析

毕艳霞

（上海 201799）

泥浆泵用圆柱滚子轴承外圈断裂分析

毕艳霞

（上海 201799）

针对泥浆泵用圆柱滚子轴承使用不久即发生断裂的情况，将故障轴承返厂详细分析，找出了断裂原因，并采取了相应措施，避免了轴承断裂的再次发生。

泥浆泵；石油机械；圆柱滚子轴承；外圈断裂

1 前言

随着石油工业的不断发展，石油机械的应用范围日益广泛，对性能的要求越来越高。泥浆泵作为石油机械的重要组成部分，其运动的关键零件轴承的质量决定着泥浆泵的性能和工作效率。图1是某大型圆柱滚子轴承装配图，此类轴承被安装在石油机械泥浆泵上，整机在野外作业，转速120r/min,重载，连续工作，工作温度一般在40℃～80℃之间。该圆柱滚子轴承外圈在使用1天后出现故障，不能使用。经拆机检查，发现轴承外圈断裂。我们将出现裂纹的套圈返回制造厂，与该厂有关人员一道，从生产、工艺装备及温度测量等各个方面，对外圈裂纹产生的原因进行调查分析，采取了行之有效的控制措施，避免了轴承断裂的再次发生。

2 淬火裂纹

该大型圆柱滚子轴承在淬火后发现有裂纹3件，该批套圈共计90件。

图1 泥浆泵用大型圆柱滚子轴承装配图

2.1 套圈裂纹分析

（1）裂纹沿油沟和套圈外径车刀纹路开裂，裂纹延伸到金属内部，以至于使整个套圈断裂开，见图 2、3、4。

（2）套圈裂纹边缘无脱碳，断口无油迹，套圈淬回火组织为3级和大于3级（合格）。

图2 外圈淬火裂纹，1：2

图3 在外圈端面处由淬火裂纹引起的开裂，1：2

图4 在外圈油沟处由淬火裂纹引起的开裂，2.5 ×

（3）裂纹套圈的硬度为 60.4～61.9HRC。

（4）裂纹套圈未经过磨削加工，这说明裂纹与磨加工无关。

2.2 裂纹原因

根据以上分析和生产情况调查，认为该批套圈裂纹主要是由于套圈在淬火时，出油温度偏高、清洗液温度低，产生的应力过大而引起的。

2.3 对该批产品的处理意见

（1） 针对该批产品淬火应力过大，引起套圈开裂的特点，对该批产品全部再进行一次190℃×3.5h补充回火，进一步消除应力。

（2） 对该批产品做标记“△”，进行正常加工。

（3） 对该批产品由检查科负责、冶金科协助，用磁力探伤和超声波探伤方法100%仔细检查，确保裂纹产品不至于遗漏出厂。

（4）车间要采取相应技术措施，避免裂纹再次发生。

3 磨削裂纹

对外套标记有“△”的该批产品，磨加工后抽取10个套圈做下落试验，落下高度约为2m，进一步验证该批产品质量状况。经下落试验的10个套圈中，磁力探伤检查发现三个套圈外径有裂纹，其中两个套圈裂纹特征见图5和图 6，另一个套圈外径有一条裂纹，在随后的探伤检查过程中又发现两个套圈有类似裂纹（图 7）。

3.1 裂纹分布特征

（1）裂纹分布在套圈的外径表面，在外径的某个区域或几个区域存在。有的套圈裂纹分布有对称性，这可能是由于套圈椭圆和磨削应力大造成的。

图5 在外圈外径上通过磁粉探伤发现的磨削裂纹（1），1：2

图6 在外圈外径上通过磁粉探伤发现的磨削裂纹（2），1：2

图7 在套圈的外径上通过热酸洗方法显示的磨削裂纹，1：2

（2）裂纹呈网络状，有的沿圆周方向分布。

（3）裂纹深度较浅，断口分析裂纹一般在1mm内。

（4）这种裂纹在套圈的内径、滚道、油沟及端面打字处——应力易集中的地方均未发现，仅仅位于套圈的外径上。

箭头指示暗色区断口是回火氧化所致，说明裂纹在回火前就已经产生。

经图8分析证明，图 5、图 6、图7裂纹与发现的淬火裂纹不一样，它不是热处理产生的，而是由于套圈在磨削外径造成的磨削裂纹。

图8 外圈淬回火组织4级（过热），500 ×

4 关于淬火过热组织

在分析该批裂纹产品过程中，发现2个套圈淬火组织为4级——过热组织（图 8）。随后又抽取七个套圈，检查结果：有一个4级（过热）；小于4级4个；3级1个；大于3级1个，过热产品占14%。

经分析产品热处理过热的原因是：

（1）控制炉温的热电偶管被烧坏，热电偶在保护气氛中渗碳时失灵。

（2）车间显微镜鉴别率较差，以至于出现淬火过热组织也很难检查出来。

5 4级过热组织的机械性能分析

为了摸清楚4级过热组织的性能，以便对该批产品的处理提供参考，特在实验室条件下，采用不同的淬火温度来验证组织对性能的影响，其试验结果见表 1。

表1 淬火加热温度对组织和性能影响

6 针对本次热处理裂纹和组织过热问题采取的措施

6.1 热处理车间采取的措施

（1）换控温热电偶，把原每月校对一次炉温改为每周校对一次，并做记录。

（2）淬火油温、清洗液温度每班校对一次，并做记录。

（3）延长油冷却时间，原7min改为15min。降低工件出油温度。

（4）原工艺无空冷时间，现已增加15min空冷时间。

（5）召开现场会，对职工进行一次轴承质量重要性的强化教育。

6.2 技术部门采取的措施

（1）对引进的热处理设备进行一次全面检修，并对炉温的均匀性进行一次测定，使设备运转达到最佳状态。

（2）进一步充实、完善该类轴承热处理专用工艺。

（3）整顿质量检查标准与方法，使其抽样数量更有代表性。按批量大小，进行首炉、尾炉和中间产品的压碎、断口和金相组织检验。

（4）加强该类轴承的生产管理，按专用轴承生产，实行生产记录卡，记录实际的工艺温度、时间、油温、油冷时间及清洗防锈液温度等。

（5）要求工厂尽快解决破碎机一台和大型磨片机1台，供检查破碎产品看断口和磨试样看金相组织之用。

6.3 磨削车间采取的措施

严格按磨削工艺加工，控制进给量，避免磨削烧伤。

7 结论

（1）通过上述分析，外圈裂纹有两种：一种为热处理淬火裂纹，表现在工件的油沟、棱角和端面处形成的体积开裂。这种裂纹比较明显，经严格检查能够发现，不易遗漏，另一种为磨削裂纹，这种裂纹分布在套圈外径表层，是由于外径磨削不当造成的。这种裂纹通常比较细小，肉眼不易发现，用磁粉探伤法很容易发现。

（2） 该批产品热处理金相组织大部分合格，但有部分产品为4级轻微过热组织，这种组织经过190℃×3.5h补充回火，对钢的韧性会有一定成度改善。

（3）钢的性能试验结果表明，淬火过热组织硬度较高（合格），韧性稍低，对质量影响不明显。

（编辑：林小江）

Fracture analysis of cylindrical roller bearing outer ring for mud pump

Bi Yanxia
( Shanghai 201799,China )

For cylindrical roller bearings for mud pump occuring the fracture shortly after use, the defective bearing was returned to the factory for a detailed analysis ,the fracture reason was found and corresponding measures were taken to prevent the bearing fracture from happening again.

mud pump; petroleum machinery; cylindrical roller bearing; outer ring fracture

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）02-0024-03

2017-05-29.

毕艳霞（1981-），女，工程师.