KHM518410 轴承套圈磨削件裂纹分析

孙钦贺

摘要：针对KHM518410轴承套圈磨削件小端面裂纹问题，进行原材料、热处理质量检查分析。结果表明KHM518410轴承套圈薄壁端端面数条裂纹是在轴承套圈锻造加工辗扩完成后，高温状态时（轴承套圈锻件扩孔完成后温度一般在800℃左右）碰到地面上水，淬火冷却过程中因较大的淬火应力形成的。从中找出KHM518410轴承套圈薄壁端端面数条裂纹生产原因，并对原因进行分析。提出了改进措施。

关键词：轴承套圈；锻造；淬火应力；淬火裂纹；裂纹分析；

1、序言

某公司的KHM518410淬火件，磨削加工后，发现有一件套圈小端面有三条裂纹，其中有两条裂纹非常明显。靠近小端面裂纹具有穿透性（如图 1）。

图  1 裂纹轴承套圈宏观形貌

该轴承套圈的生产制造工艺流程为：棒料中频加热-下料 - 锻造成型 - 球化退火 - 车削- 淬回火 - 磨削双端面 -磨削外径-磨削滚道。

锻造加热采用中频感应加热，加热温度1050-1100℃；数控车削成型加工；淬火加热在保护气氛网带式淬火加热炉中进行。工艺为加热温度Ⅰ区810℃、Ⅱ区838℃、Ⅲ区840℃、Ⅳ区838℃， 加热时间66分钟，淬火介质为等温光

亮淬火油，油温温度90℃.油淬后用60℃左右热水清洗，9-12℃左右冷水二次冷却，然后185℃×6 h的回火后进行抛光处理。再经磨削加工。

2、检验方法和结果

为了便于分析，对裂纹轴承套圈用线切割机沿裂纹处切取试样，如图2所示，对试样进行材料和淬回火热处理质量分析

图  2裂纹宏观图片

2.1材料分析

（1）、化学成份

依据GB/T18254-2016标准，对化学成份进行检测。测试结果如下表一

元素

C

Si

Mn

Cr

Mo

P

S

Cu

Ni

标准要求

0.95-1.05

0.15-0.35

0.25-0.45

1.40-1.65

≤0.10

≤0.025

≤0.025

≤0.25

≤0.25

检验结果

0.998

0.310

0.370

1.533

0.006

0.010

0.002

0.080

0.027

元素

AI

Ti

V

Nb

W

Co

Pb

Sn+As+Sb

标准要求

≤0.05

≤0.003

≤0.02

≤0.02

≤0.02

≤0.02

≤0.005

≤0.075

检验结果

0.010

0.003

0.003

0.003

0.007

0.006

0.002

0.011

化学成份符合《GB/T18254-2016高碳铬轴承钢》标准中优质钢的要求[1]

（2）、非金属夹杂物夹杂物、碳化物不均匀性检查，结果见表二、三

表二、非金属夹杂物

型  号

A（硫化物）

B（氧化物）

C（硅酸盐）

D（点状夹杂）

Ds

细系

粗

细

粗

细

粗

细

粗

标准要求

≤2.5

≤1.5

≤2.0

≤1.0

≤0.5

≤0.5

≤1.0

≤1.0

≤2.0

KHM518410

0.5-1.0

0.5-1.0

0.5-1.0

0

0

0

0.5-1.0

0

0.5-1.0

表三、碳化物不均匀性

型  号

碳化物网状

碳化物带状

碳化物液析

标准要求

≤2.5

≤2.5

≤1.0

KHM518410

1.0

1.5

0

由表二、三可见，套圈中的非金属夹杂物、碳化物不均匀性符合合《GB/T18254-2016高碳铬轴承钢》标准中优质钢的要求[1]

2.2、淬回火质量分析

截取纵断面进行硬度、显微组织分析

（1）、试样硬度测试

裂纹轴承套圈用线切割机沿裂纹处切取试样，按《JB/T7361-2007滚动轴承零件硬度试验方法》，测试试样纵断面心部硬度。测试的硬度值见表四

表四测试的硬度值

型号

项目

实测值

客户图纸规定的要求硬度值

HM518410

硬度（HRC）

60.5、 60.5、61

HRC59—63

由表四可以看出，试样心部硬度值符合客户硬度值要求

（2）、试样金相显微组织

裂纹轴承套圈用线切割机沿裂纹处切取试样，试样用金相砂纸经粗磨、精磨后用3u金刚石喷雾剂进行抛光。让后选用2%硝酸酒精溶液对试样抛光面进行腐蚀，吹干后在金相显微镜下观察金属显微组织。

图3为试样纵断面心部金相显微组织为隐晶马氏体、细小结晶马氏体、细小而均匀分布的碳化物和少量的残余奥氏体。《GB/T34891-2017滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准要求为1-4级。按《GB/T34891-2017滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准第三级别图进行评定为3级合格。[2] 可见套圈淬回火质量符合《GB/T34891-2017滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准的要求

图 3试样断面金相显微组织（1000倍）

图4为试样纵断面裂纹处金相显微组织，裂纹处有明显的脱碳碳

图 4（500倍）裂纹处金相显微组织

3、分析与讨论

根据以上可知，

1、KHM518410轴承套圈淬火件材料化学成份、非金属夹杂以及碳化物不均匀性均符合《GB/T18254-2016高碳铬轴承钢》标准中优质钢的要求。

2、KHM518410轴承套圈淬火件硬度符合客户图纸规定的要求，心部金相显微组织符合《GB/T34891-2017滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准的要求。

3、试样纵断面裂纹处金相显微组织，裂纹处有明显的脱碳

上述试验分析，由于试样纵断面基体金相显微组织符合《GB/T34891-2017滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准的要求。裂纹两侧金相显微组织用明显的脱碳。裂纹是在热处理前形成的。进一步分析，从裂纹处切开套圈后的试样宏观看，薄壁端顶端裂纹从外径贯穿小端面，再延伸到内滚道属贯穿裂纹。锻造加工过程形成的。产生的原因：轴承套圈锻造扩孔完成后，轴承套圈锻件本身一般温度在800℃左右。如果轴承套圈薄壁端部分碰到了地面上的水，由于此时的轴承套圈锻件的本身温度在800℃左右，温度超过Ac1，遇到水产生淬火，由于水的冷却能力强，遇水部位淬火时产生较大的淬火应力，产生数条明显的裂纹。经后工序车削加工、淬回火热处理、磨削加工后，裂纹更加明显。

4、结论：

综上所述，KHM518410轴承套圈小端面裂纹是在轴承套圈锻造加工辗扩完成后，高温状态轴承套圈锻件碰到地面上的水，产生淬火由于水的冷却能力强，遇水部位淬火时产生较大的淬火应力，遇水产生数条明显的裂纹。采取的有效措施：在扩孔机工作位置处的排水沟上增加盖板，防止扩孔后的轴承套圈锻件工件掉落后与水接触，扩孔落地的工件需经检验，确认没有碰到水，可以投入下工序。如碰到水放到专用带有红色标志的箱子里作报废处理。

参考文献：

[1]中国国家标准化管理委员会 GB/T18254-2016高碳铬轴承钢[S].北京：中国标准出版社，2016.

《GB/T18254-2016高碳铬轴承钢》

[2] 中国国家标准化管理委员会 GB/T34891-2017滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理技术条件[S].北京：中国标准出版社，2017.

孙钦贺 高级质量工程师 自1987年7月从金属材料热处理专业毕业，参加工作已有35年时间，一直从事轴承热处理技术及质量管理工作。在长期的工作中，积累了丰富的工作经验。