铁路客车轴承外圈疲劳失效分析

陈明浩

（瓦房店轴承集团水泥事业部，辽宁 瓦房店 116300）

1 前言

当年 5T 监测中心 TADS 监测系统曾监测发现某次列车机后 14 位轮对轴承故障报警[1][2]。通过追踪查询，发现了轴承故障车号，TADS 监控发现京九线某一探测站预报该车次机后 14 位一级轴承外圈故障报警一次，其故障频谱符合故障特征，基本确定该轴承为外圈故障[3]。后来运用车间分解了故障轮对。

来样故障轴承编号：101-1502026，为某轨道客车有限公司新装轴承，轴承装用时间将近一年。拆检轴承发现：轴承外圈承载区滚道一处剥离，承载区外径表面略有变色；内圈滚道及滚子滚动表面存在碾压剥离碎屑而产生的凹坑；保持架未见异常。

2 失效轴承状态

外圈承载区滚道有一处剥离，见图 1。剥离起源于近非打字端面一侧近油沟边缘并沿轴向扩展；近油沟边缘处损伤较重，剥离长度约125 mm，宽度布满滚道全宽，见图 2。放大观察，剥离区呈现疲劳扩展特征的海滩状条纹，见图 3。外径接触载荷区存在两边接触、中间未接触的异常情况，见图 4。

图1 外圈滚道剥离形貌

图2 外圈滚道剥离起源部位及扩展方向

图4 外圈载荷区接触形貌

3 理化检测

3.1 化学成分能谱检测分析

采用 ARL4460 直读光谱分析仪检测，失效轴承外圈材料为 GCr18Mo（电渣重熔）钢[4]，化学成分均符合 TB/T 2235—2016 标准要求[5]。检验结果见表 1：

表1 外圈化学成分检测 %

3.2 硬度检验

采用 HR-150A 洛氏硬度计（检测范围：20～67HRC）对来样进行硬度检验，外圈表面硬度符合 TB/T 2235—2016 标准要求，检测结果如下：

外圈硬度：60.5 61.0 61.0 HRC（标准58～62 HRC）

3.3 显微组织检验

采用 LEICA DMRXE 金相显微镜检验，外圈淬火组织符合 TB/T 2235—2016 标准要求，检验结果详见表 2 及图 5。

表2 外圈淬火组织检验结果

采用 LEICA DMRXE 金相显微镜检验，外圈非金属夹杂物符合 TB/T 2235—2016 标准要求，检验结果详见表 3 及图 5。

表3 外圈非金属夹杂物检验结果

图5 放大500 倍 外圈贝氏体组织

4 轴承外圈轮廓检测

根据外圈承载区滚道剥离形貌判定，剥离起源于非打字面一侧滚道近油沟的边缘处。通过对外圈未损坏部位滚道轮廓进行检测，近剥离起源部位滚道边缘（近油沟处）存在凸起，表明滚道未加工到位，见图 6。外圈外径轮廓检测结果见图 7。

图6 外圈滚道轮廓

图7 外圈外径轮廓

5 分析判断

结合检验结果分析，轴承外圈材料及热处

理质量未见异常，排除因材料及热处理等因素引起的疲劳剥离。轴承外圈载荷区外径接触痕迹异常，两端接触痕迹重，中间接触痕迹轻，说明轴承外圈与轴承座接触形式异常。轴承外圈外径直线度符合标准要求，结合外圈外径接触痕迹推断应是轴承座接触面出现凹陷形式，这种接触形式会对轴承受载产生影响。轴承外圈两端油沟处受力大，易出现应力集中，加之轴承滚道通过轮廓仪检测发现外圈近非打字端面一侧滚道边缘（近油沟处）存在凸起，即滚道未加工到位，在轴承持续运转过程中，滚子与外圈滚道凸起部位接触时产生应力集中。另轴承外圈外径油沟位置受力大，凸起部位逐渐产生疲劳剥离，剥离进一步沿轴向扩展并布满滚道全宽。故此次轴承失效与外圈外径接触异常；滚道未加工到位，边缘存在凸起两个方面有直接关系[6]。

6 结论

轴承失效与外圈外径接触异常；滚道未加工到位，边缘存在凸起两个方面有直接关系。

建议在加工制造过程中要严格控制轴承尺寸精度，加强检验，避免漏检而出现的质量问题；另在安装使用过程中建议车辆段对轴承座尺寸也要严格检测，避免因接触不良而产生受力不均，进而引起轴承失效。