程彬　馬爽　劉傳銘

（洛陽軸承研究所有限公司）

　　淬回火是使軸承零件提高硬度、強度，獲得滿意綜合力學性能的關鍵工藝。淬火裂紋是軸承零件在實際生產過程中Z常見、Z嚴重的缺陷種類之一。影響淬火裂紋形成的因素眾多，軸承零件淬火裂紋的宏觀形態也各不相同。掌握各種影響因素的作用，了解軸承零件淬火裂紋形貌規律，對防止淬火裂紋的發生、提高成品率具有重要意義。

　　1.軸承零件引起淬火裂紋的主要原因

　　軸承零件在淬火過程中由于所產生的內應力大于材料斷裂強度而產生的脆性開裂，稱為淬火裂紋。內應力包含組織轉變應力和淬火冷卻熱應力，是造成淬火裂紋的本質因素。結合軸承零件生產實際，引起淬火裂紋的原因較復雜，歸納起來包括材料冶金缺陷（嚴重的非金屬夾雜物、縮孔殘余、發紋、嚴重的碳化物偏析等）、零件結構缺陷（零件壁厚差大、油溝和尖銳棱角等）、淬火前工序間缺陷（鍛造過燒、冷沖成形應力過大、較深的車刀痕等）和淬火工藝不良（淬火溫度過高、冷卻不良、表面脫碳、淬火返修工藝不當）等。
　　2.軸承零件淬火裂紋的形貌特點及分析方法

　　軸承零件淬火裂紋形狀很不規則，有的沿橫向，有的沿縱向，有的在零件表面呈“S”形或“Y”形，還有的呈龜裂網狀。淬火裂紋的深淺也各不相同，但深度遠大于磨削燒傷裂紋。觀察淬火裂紋斷口可以發現斷口面往往有油污、水漬及回火色存在，未污染的斷口面則是干凈的細瓷狀。用金相顯微鏡觀察，裂紋呈撕裂狀擴展，尾部尖細，一般沿晶界分布。淬火裂紋與鍛造裂紋和原材料裂紋主要區別是裂紋兩側無脫碳現象。

　　對于軸承零件的淬火裂紋，除上述共性外，還有各自本身特點，舉例如下：
　　（1）材料冶金缺陷沿軋制方向分布，因此，由于組織疏松和顯微孔隙造成的淬火裂紋熱酸洗后在套圈、滾子端面和鋼球兩級呈點狀或短線狀分布，發紋和嚴重的碳化物偏析多在零件表面沿軸向分布。某套圈碳化物嚴重帶狀偏析組織顯露于套圈內徑面，造成此處淬火時應力開裂，如圖1、圖2所示。

 圖1 套圈斷口裂紋源處碳化物偏析形貌（100×）

 圖2 套圈碳化物偏析淬火裂紋

　　（2）小尺寸鋼球一般采用冷沖壓成形。鋼球赤道環帶處冷沖壓時變形量Z大，導致此處較高的局部應力形成。當環帶被銼削時，又一次受到擠壓力，形成較大的磨削應力，因此鋼球赤道處在淬火時極易形成有規律的鋼球赤道裂紋，如圖3所示。

 

圖3 鋼球赤道淬火裂紋

　　（3）軸承套圈形狀復雜，截面和壁厚尺寸變化較大。當淬火冷卻速度過大時，不同壁厚產生的組織轉變應力和淬火冷卻熱應力也有較大差異，因此在壁厚差較大處易形成貫穿性淬火裂紋和油溝裂紋。
　　（4）套圈零件表面較深的劃痕、過深的車刀痕和套圈上尖銳的倒角、溝槽等處都易形成尖角處應力集中，在后續淬火中發生開裂，此類淬火裂紋方向與劃痕、車刀痕、溝槽方向保持一致。例如，某軸承套圈油孔沖孔后產生的金屬毛刺在淬火前沒有清除掉，淬火時在此處產生尖角效應發生開裂，如圖4所示。軸承零件上因車刀痕過深產生的淬火裂紋呈相互平行的線鏈狀且沿周向分布，如圖5所示。

圖4　套圈油孔毛刺淬火裂紋

 圖5 套圈車刀痕過深產生的淬火裂紋

　　（5）由于次淬火因某項質量要求不達標，需要進行重新淬火處理，在重新淬火前未消除前次的淬火應力或套圈表面脫貧碳較深，所產生的應力疊加易形成淬火返修裂紋。這種裂紋多呈密集網狀或龜裂狀，裂紋數量多而深淺不一，裂紋兩側可見脫貧碳，如圖6所示。

 圖6 滾子淬火返修裂紋

 　　3.軸承零件淬火裂紋分析方法及預防措施

　　淬火裂紋一旦發生，零件將直接報廢。及時、準確分析淬火裂紋產生的原因，據此采取有效改進措施，避免淬火裂紋的重復發生，才是廢品分析的初衷。對于截面變化大且淬火前又存在較大殘余應力的軸承套圈，淬火前進行高溫回火或低溫退火，對于防止其淬裂產生具有重要作用。冷沖壓成形的滾動體不僅存在較大的內應力，且在沖壓時可能產生顯微裂紋，淬火時易導致開裂。若在淬火前進行去應力退火，對防止淬裂是有效的。具體軸承零件淬火裂紋的分析方法及預防措施如附表所示。

軸承零件淬火裂紋分析方法及預防措施

　　某公司成品圓錐滾子軸承內圈，材料為GCr15，滾道面存在一條裂紋，大致沿周向分布，如圖7所示。要求對送檢內圈裂紋產生原因進行分析。

圖7 送檢圓錐滾子軸承內圈裂紋宏觀形貌

　　1.金相分析
　　將送檢軸承內圈縱向切割，磨制拋光腐蝕后放置在金相顯微鏡上進行檢驗。結果發現：
　　（1）滾道面裂紋與表面垂直，深度約為4.36mm，滾道面脫碳層深度為0.10mm，裂紋兩側未見脫碳，如圖8所示。

圖8（100×）

　　（2）內圈油溝存在嚴重脫碳，油溝脫碳層深度為0.23mm，如圖9所示。

圖9 內圈油溝處腐蝕形貌（200×）

　　（3）內圈大擋邊、小擋邊各發現一條裂紋，擋邊外徑面均存在嚴重脫碳，裂紋兩側無脫碳，如圖10所示。

圖10（50×）

　　（4）按照GB/T34891—2017標準，送檢內圈淬回火后馬氏體組織評定為＞4級，網狀碳化物為1級，淬回火組織如圖11所示。

 圖11 送檢內圈淬回火組織形貌（1000×）

　　2.結果分析及結論
　　（1）送檢軸承內圈網狀碳化物符合GB/T34891—2017標準要求；內圈淬回火組織、熱處理脫碳層深度及工作面（滾道面）存在脫碳，均不符合GB/T34891—2017標準要求。

　　（2）經金相檢驗，送檢軸承內圈油溝處脫碳層深度為0.23mm，內圈滾道面脫碳層深度為0.10mm，故內圈滾道面上熱處理產生的脫碳層在后續磨加工中沒有去除干凈；內圈三處裂紋兩側均無脫碳，因此判定，送檢軸承內圈裂紋是由于淬回火組織粗大和表面脫碳層嚴重超標所導致的淬火裂紋。

　　以上實例分析是軸承零件淬火裂紋分析中Z常見的一種類型，即淬回火組織粗大和表面脫碳層嚴重超標雙重因素作用引起淬火裂紋。實際生產中軸承零件淬火裂紋的形成，往往是多種因素的相互疊加，更需要相關工作者抽絲剝繭般地準確找出開裂原因。從軸承零件淬火裂紋形貌特征入手，經金相組織分析和熱酸洗觀察，并輔以必要的工藝情況調查，就可以較快地確定造成裂紋的主要工藝因素，并可以達到改進工藝、指導生產、提高產品質量的目的。

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志