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鍛造過(guò)燒是鍛造過(guò)程中比較容易出現(xiàn)的缺陷之一，鍛造溫度及斷斷后散熱條件等參數(shù)，在鍛造工序中是需要嚴(yán)格控制的。加熱溫度過(guò)高或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅使鍛件氧化脫碳嚴(yán)重，而且會(huì)造成鍛件組織晶粒粗大甚至出現(xiàn)晶界熔化，破壞軸承材質(zhì)的致密性，對(duì)于軸承套圈來(lái)說(shuō)，過(guò)熱降低套圈的韌性和輕度，使軸承的加工質(zhì)量、使用性能和壽命大幅度降低。
1、舉例說(shuō)明軸承套圈因鍛造過(guò)燒導(dǎo)致失效。
下面是五套發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承，該軸承為發(fā)動(dòng)機(jī)高、低壓壓氣機(jī)的軸向中介，內(nèi)外圈同向旋轉(zhuǎn)。試驗(yàn)參數(shù)如表1所示，5套軸承中，兩套軸承在開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就出現(xiàn)了異常，如圖1、2、3所示。
軸承1#：過(guò)電流保護(hù)，自動(dòng)停機(jī)，外圈滾道出現(xiàn)兩處剝落；軸承3#：聲音異常電流小幅擺動(dòng)，外圈滾道有四處不同程度的疲勞剝落，最大處剝落面積約占滾道圓周的1/3；軸承5#：聲音波動(dòng)偏大，外圈滾道出現(xiàn)輕微亮點(diǎn)，手觸無(wú)深度，懷疑為疲勞征兆。
2、軸承套圈失效分析
一般來(lái)說(shuō)，航空軸承由于其特殊的使用要求，在材料、加工制造等各方面都有很大優(yōu)勢(shì)，其使用壽命和可靠度應(yīng)當(dāng)很高，在同批次軸承出現(xiàn)這么大比例的早期失效是不正常的，失效原因值得分析。
該批軸承材料都為Cr4M04V，雙真空冶煉，從金相、硬度檢查等常規(guī)檢驗(yàn)及殘奧、應(yīng)力測(cè)試的結(jié)果來(lái)看軸承原材料、熱處理質(zhì)量皆正常，同時(shí)也排除了套圈磨加工過(guò)程中滾道磨削燒傷等常見(jiàn)問(wèn)題。
在觀(guān)察金相試樣過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)失效件在靠近端面及滾道附近有大小不等，且呈不規(guī)則多邊形形狀的的孔洞。將其制成斷口，裸眼觀(guān)察可以發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)嗫谳^粗，在放大鏡下則可以清楚的看到斷口上有一些呈尖角狀的孔洞(如圖4)。利用SEM電鏡觀(guān)察斷口，可以更清楚的看到斷口較粗部分有較多不規(guī)則多邊形孔洞以及一些沿晶界燒損現(xiàn)象(如圖5);將失效件金相試樣腐蝕，可以看到其晶粒明顯粗大(如圖6)，可以判定此斷口為較典型的過(guò)燒斷口。
經(jīng)掃描電鏡疲勞區(qū)觀(guān)察，兩個(gè)外套滾道上均屬準(zhǔn)解理疲勞剝落，軸承1#表現(xiàn)為滾道接觸表面抹點(diǎn)剝落，軸承3#除具有1#類(lèi)似的特征外，還有次表層小塊片狀剝落，且其中疲勞臺(tái)階和疲勞條紋特征明顯（如圖7）。兩者都可以在瞬斷區(qū)觀(guān)察到較多的一次碳化物和夾雜物（如圖8），同時(shí)還可以看到裂紋擴(kuò)展大多沿著碳化物，夾雜物向基體延伸（如圖9）。
3、總結(jié)
滾動(dòng)軸承的接觸疲勞失效，是軸承工作表面在交變應(yīng)力反復(fù)作用下引起的疲勞剝落。接觸疲勞剝落往往伴隨著疲勞裂紋，接觸疲勞也是裂紋形成和擴(kuò)展的過(guò)程。滾動(dòng)軸承基本上屬純滾動(dòng)，裂紋一般源于次表層，首先從接觸表面以下最大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后擴(kuò)展到表面形成不同的剝落形狀。失效軸承外套疲勞面上疲勞臺(tái)階較多，次表層剝落較深，結(jié)合應(yīng)力測(cè)試結(jié)果說(shuō)明外套滾道在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所受的應(yīng)力或應(yīng)力集中較大，而由于軸承外套過(guò)燒，導(dǎo)致其表層及次表層含較多因晶界燒損而形成的孔洞，因此軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中就很容易產(chǎn)生源于孔洞，并沿一次碳化物、夾雜物向表層擴(kuò)展的顯微裂紋，當(dāng)其擴(kuò)展到表面上時(shí)就會(huì)產(chǎn)生掉塊及次表層深層疲勞剝落，并最終由于剝落嚴(yán)重引起軸承失效。
可見(jiàn)，鍛造過(guò)燒對(duì)軸承產(chǎn)品的使用壽命和可靠性有很大的影響，過(guò)燒產(chǎn)生的孔洞、微裂紋很可能會(huì)成為軸承接觸疲勞失效的疲勞源，對(duì)于一些重要的應(yīng)用場(chǎng)合，有可能成為質(zhì)量隱患，對(duì)此必須引起足夠重視。
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