顾立

（无锡托林顿轴承有限公司，江苏无锡　214061）

　　摘　要：本例轴承在使用过程中，多次发生滚子碎裂造成轴承早期失效。通过对该现象的解剖和分析，确定原因为用户选型不当，使轴承超负荷工作，滚子受冷挤压产生塑性变形和加工硬化，造成轴承早期失效。

　　关键词：轴承；失效分析；冷挤压；加工硬化

　　江苏泰州某金属制品厂自去年以来使用我公司22208CA轴承，安装在冷挤压型材设备上，接连发生因滚子碎裂而使轴承早期失效现象，见图1。该用户委托泰州市技术监督局对失效轴承进行检测，硬度检测结果为

　　套圈：62HRC，合格

　　滚子：66-67HRC，不合格。

　　针对以上情况，我们决定以滚子为重点进行失效分析。

图1 22208CA失效轴承和滚子

　　1　材料检验

　　材质检查结果，滚子材料为GCr15钢，原材料检验与质保书相符，符合YJZ84标准。

　　外形尺寸检查结果见表1。

表1 失效滚子尺寸　（mm）

　　表1数据显示，原设计的滚子是对称型，失效后的滚子为不对称型，曲率半径R超出设计范围，中心距P也有所偏移。两种滚子的外形图见图2。

图2 两种滚子的外形图

　　金相组织检查，将碎裂滚子沿轴向切开观其截面组织，检查结果为：表面无变质层，心部为2级组织，符合JB1255-1991标准。硬度检查结果见表2。

表2 滚子硬度HRC

注：检测设备为NewAge MT-90显微硬度计

　　2　失效分析

　　现场观察，轴承的安装如图3，失效轴承位于左右两侧。挤压型材时，两侧各施一外力F，使钢材由25mm逐步挤压成12mm（每次挤压为高度不变，宽度变）。因此轴承的受力形式为径向力。从该厂的生产流程可知，要把φ25mm的圆棒冷挤压成24mm×12mm的型材时，需经过4次挤压、1次圆整和1次退火过程，经计算，每次的挤压力如表3所示。

图3 22208CA轴承安装与受力图
表3 型材挤压力计算表

注：模具形状系数：0.9，挤压变形程度：1.2，材料抗拉强度：300～500MPa

　　从表3中可看出，4次的总挤压力均超出了轴承的额定静负荷（85kN），轴承处于超负荷工作状态，因此，轴承的选型不当是造成本例轴承早期失效的主要原因。本例轴承由于常处于超负荷工作状态，轴承承受的挤压力超过了材料的屈服极限，而滚子是轴承受力的支撑点，因此滚子率先发生塑性变形，并随之发生表面硬化（即加工硬化），Z终导致滚子表面硬度升高，脆性剧增，滚子碎裂进而轴承失效。

　　3　模拟试验

　　为了验证以上的分析，我们挑选了两套22208CA轴承，对该轴承的硬度作了检测和记录，给用户试用，轴承工作条件不变，冷挤压200kg型材后失效，失效形式同图1。对该轴承滚子的硬度及外形尺寸检测结果如表4所示。

表4 滚子失效前后硬度和尺寸对照表

　　以上数据表明：该轴承使用后，滚子因受挤压而塑性变形，产生表面硬化，滚子硬度普遍升高1.5～2HRC，个别部位升高3HRC，且加工硬化的程度与滚子的变形程度呈正比例关系。在相同的工作条件下，轴承的失效形式是一样的，规律是一致的，模拟试验证实了前面的分析意见成立。

　　4　结论

　　轴承的正确选型至关重要。本例中因用户选型轴承不当，轴承的实际使用负荷已远远超出了额定静负荷，使轴承处于超负荷工作状态，造成轴承滚子的塑性变形和表面硬化，脆性增加，超过了材料的强度极限导致滚子碎裂，轴承失效。

　　参考文献：

　　[1]雷建中，杨晓蔚，滚动轴承零件废品分析与图谱[M].洛阳：轴承研究所，2000：102-104.

　　[2]湖南省机械工程学会锻压分会.冲压工艺[M]，湖南：湖南科学技术出版社，1984：245-253.

来源：《金属热处理》2002年第4期