轴承配套
轴承套圈常见开裂宏观形貌及原因
经分析，该轴承套圈在热处理过程中，热处理炉内的保护气氛是多种气体的混合物，包括氧化气体、中性气体、还原气体和渗碳气体。通过控制炉内碳势，严格控制轴承套圈的碳浓度和
轴承套圈是轴承组件的重要组成部分之一。在轴承使用过程中，轴承套圈开裂和断裂是常见的损坏形式。有些轴承在早期使用过程中会开裂，有些轴承在使用过程中会因疲劳而断裂。根据对轴承知识的了解分享日常生活中的一些宏观形态图，以及分析开裂的真正原因。
深沟球轴承外圈开裂的宏观形态及其原因。
如下图1所示，轴承断裂的宏观形态图，轴承外圈断裂，截面基本垂直于表面。如图1所示，截面始于图中滚道右侧的外内径下表面，向外表面，向左快速扩展至断裂。轴承外圈断口无明显塑性变形，具有脆性断裂特征，如图2所示。
图1断裂轴承的形状(箭头显示断裂位置)
图2外圈断裂的裂纹来源。
经分析，该轴承套圈在热处理过程中，热处理炉内的保护气氛是多种气体的混合物，包括氧化气体、中性气体、还原气体和渗碳气体。高温加热时，其化学反应非常复杂，无论是脱碳反应还是增碳反应，除了自由氧原子的参与，都可以在一定条件下达到平衡甚至可逆反应。炉内碳势对渗碳层的厚度、含碳量和浓度梯度有很大影响。
一般来说，炉内碳势越高，碳浓度梯度越陡，形成粗大和网状碳化物的倾向越大。为了避免碳势过高，导致轴承套圈表面碳化，热处理时不能急剧加热，非常好采用适当的加热温度，使钢颗粒不长大。加热参数，如加热介质、加热速度、加热温度和保温时间的正确选择和设计；严格控制炉温均匀性，不要波动过大。通过控制炉内碳势，严格控制轴承套圈的碳浓度和浓度梯度，保证套圈的热处理质量和使用寿命。
2.开裂轴承套圈的宏观图形和原因。
如图3所示，该轴承在使用中发生裂纹时，图3上中粗头圈裂纹沿纵向发展且较直，裂纹已穿透该轴承套圈的壁厚，在其外壁课件环形颜色较暗的氧化区域，黑色氧化区域的带宽约为26mm，同时在外壁上可以看到许多大小不一、深浅不均的剥落坑，深度约为10.5mm。从凹陷底部到轴承套圈表面的裂纹呈河流花样扩展，可见裂纹源在轴承套圈表面凹陷的底部或靠近底部。人为打开断口，打开后轴承套圈断口的宏观形态，如图4所示。
图3裂纹轴承套圈宏观形态图。
图4断口打开后的宏观图形。
一旦发生接触疲劳剥落，轴承套圈就会导致其失稳，加之材料硬度高，脆性大，在局部剥落的区域开始出现一次性脆性断裂，即较直的宏观裂纹，微观断口较直，呈解理特性，迅速扩展，占断口截面的大部分区域。产生接触疲劳的因素包括材料的组织结构、表面强化工艺、工件表面粗糙度、润滑剂、应力等。经分析可以看出，工件组织均匀、正常，表面未经强化处理，工件工作面未见粗糙特征，断裂源未见明显的组织变化，因此可排除表面组织变化原因引起的接触疲劳，即轴承套圈表面产生接触疲劳的原因可能是接触应力和循环应力场所产生的微滑移共同作用的结果。
轴承外圈沟面开裂的宏观形态图及其原因。
在酸浸处理了一个断裂的轴承外圈后，肉眼观察到沟道表面出现严重的黑色烧伤斑痕迹，与磨削方向基本垂直平行分布的横向裂纹，如图5所示，断裂处呈月牙状烧伤层，断裂处呈细瓷状，从沟道开裂迅速向内推进至完全断裂，见图6所示。
图5轴承外圈沟道表面裂纹宏观图。
图6断口上月牙形烧伤层的宏观形态。
轴承外圈沟道表面平行裂纹是典型的磨削裂纹，导致其磨削裂纹主要是由磨削量过大、磨削工艺条件差等因素引起的；其次，轴承外圈回火不足，也增加了磨削裂纹的敏感性。建议改进轴承外圈回火工艺，采用170C×4h回火，可降低磨削拉应力，使金属体积更加稳定；此外，在磨削过程中，应严格控制磨削量，充分冷却，及时修整砂轮，有效防止磨削裂纹。
4.轴承内圈沟面开裂的宏观图及其原因。
粗磨内圈滚道面后，经磁粉探伤，发现滚道两侧，特别是油沟附近有许多细小裂纹，个别套圈还出现了多个较深、垂直于砂轮磨削方向的裂纹和翘皮现象，其裂纹形状如图7所示。经线切割后，整个材料从滚道表面脱落。
图7轴承内圈沟面裂纹图。
热酸洗后，轴承内圈两侧滚道表面均有裂纹，裂纹形状多为网状，也有垂直于磨削方向的直线裂纹，见图8所示。
图8热酸洗后滚道表面出现裂纹。
据了解，轴承内圈裂纹两侧无脱碳，裂纹发生在热处理或磨削过程中；滚道表面有严重的二次淬火和高温回火层。酸洗后，裂纹分布成网状或垂直于磨削方向，淬火马氏体在合格范围内。因此，内圈滚道表面的裂纹是磨削裂纹。内圈一侧滚道表面裂纹较深，表明该侧滚道表面在磨削过程中承受较大的磨削应力和热应力，导致金属脱落。
为了避免磨削裂纹的产生，有必要减少磨削热的产生，加速热的散发。可采取的预防措施包括:
(1)选择合适的切削液，充分均匀地冷却。
(2)选择合适的砂轮。在磨料确定的前提下，可以选择硬度低、组织号大的砂轮，及时修整，因为大气孔砂轮自锐性好，散热性好，可以有效避免烧伤和磨损裂纹。
(3)合理选择研磨进给量，减少进给量，提高工件的圆周速度，降低研磨温度，减少烧伤，避免研磨裂纹。
轴承齿圈开裂的宏观形态及其原因。
该轴承齿圈的断裂位置位于螺栓孔之一，沿孔内壁破裂，切断断口部分清洗后观察，其宏观形态如图9所示，孔内壁有锈蚀现象，锈蚀不均匀，裂纹起源于螺栓孔内壁锈蚀比较严重的区域，呈多源特征，断面有明显的贝壳纹特征，裂纹扩展区占断口整体的95以上，瞬断区靠近齿圈内外两侧，瞬断区面积<5，有明显的伤痕。
图9轴承齿圈断裂的宏观图形。
在低应力幅和长寿命范围内，裂纹的初始寿命主要取决于裂纹的初始门槛值。在相同的应力幅下，裂纹的初始门槛值越高，裂纹的初始寿命越长。为了使材料具有较高的裂纹初始门槛值，主要是为了提高其屈服强度。裂纹齿圈的屈服强度值低于技术要求值，即疲劳寿命短。
齿圈在长期使用过程中，会在孔内壁产生氧化腐蚀，不同孔和L的不同部位氧化腐蚀深度不同，甚至在腐蚀坑底部出现微裂纹。
腐蚀坑和微裂纹都降低了材料的疲劳槛值降低，同时在腐蚀性坑和微裂纹处容易产生应力集中，因此，当齿圈服役中出现交变载荷时，在腐蚀性坑和微裂纹处首先出现微裂纹，在随后的使用过程中，在交变载荷的作用下，裂纹以疲劳的方式不断扩大。因为齿圈在受到工作应力作用的同时也承受着切向拉应力的作用，一旦出现裂纹，切向拉应力就会加速裂纹的扩展；同时，由于齿圈固定在设备上，两侧都受到限制，所以振动振幅较小，同时由于受力较小，裂纹以疲劳扩展过程较长，所以扩展区占整个断口面积的比例较大。
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