[西寧特殊鋼股份有限公司 技術(shù)質(zhì)量中心實(shí)驗(yàn)室(青海省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室), 西寧 810005]

軸承擋圈主要用來(lái)定位和固定軸端零件，可承受劇烈的振動(dòng)和沖擊載荷。某軸承公司在生產(chǎn)40Cr鋼軸承擋圈時(shí)，發(fā)現(xiàn)某批次軸承擋圈中有部分軸承擋圈存在車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)情況，無(wú)法進(jìn)行車(chē)削加工。為找出車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)形成原因，筆者對(duì)該批次軸承擋圈進(jìn)行了一系列檢驗(yàn)與分析，以期軸承擋圈不再產(chǎn)生車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 化學(xué)成分分析

取該批次存在車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)的軸承擋圈5個(gè)，分別編號(hào)為1～5號(hào)。采用斯派克M10型直讀光譜儀對(duì)3,4,5號(hào)試樣進(jìn)行化學(xué)成分成分，結(jié)果見(jiàn)表2?？梢?jiàn)3,4,5號(hào)試樣的化學(xué)成分均符合GB/T 3077—2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》對(duì)40Cr鋼的成分要求。

1.2 硬度測(cè)試

對(duì)5個(gè)車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)軸承擋圈的兩端面進(jìn)行硬度測(cè)試，2,4號(hào)試樣用10 mm壓頭測(cè)試硬度，1,3,5號(hào)試樣用5 mm壓頭測(cè)試硬度，結(jié)果見(jiàn)表2?？梢?jiàn)同一個(gè)試樣的兩個(gè)端面的硬度相差不大，5個(gè)試樣中3號(hào)試樣的硬度較高，平均值為228 HRB，1號(hào)和5號(hào)試樣的硬度相當(dāng)，分別為207,205 HRB，2號(hào)和4號(hào)試樣的硬度相當(dāng)，分別為214,215 HRB。

1.3 金相檢驗(yàn)

在3,4,5號(hào)試樣上截取金相試樣，對(duì)其進(jìn)行金相檢驗(yàn)，非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。按GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定——標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》對(duì)夾雜物進(jìn)行評(píng)級(jí)，可知試樣中非金屬夾雜物較小且級(jí)別低，該車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)軸承擋圈的材料純凈度較高。

表1 車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)軸承擋圈的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 Chemical compositions of bearing retaining ring with turning hard point (mass fraction) %

表2 車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)軸承擋圈的硬度測(cè)試結(jié)果Tab.2 Hardness test results of bearing retaining ring with turning hard point HRB

表3 非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results of nonmetallic inclusions 級(jí)

對(duì)3號(hào)金相試樣的內(nèi)、外圈進(jìn)行金相檢驗(yàn)，如圖1和圖2所示?？梢?jiàn)試樣3內(nèi)、外圈顯微組織較為均勻且相差不大。

圖1 試樣3外圈縱向顯微組織形貌Fig.1 Longitudinal microstructure morphology of sample 3 outer ring: a) location 1; b) location 2; c) location 3

圖2 試樣3內(nèi)圈縱向顯微組織形貌Fig.2 Longitudinal microstructure morphology of sample 3 inner ring: a) location 1; b) location 2; c) location 3

對(duì)4號(hào)金相試樣的內(nèi)、外圈進(jìn)行金相檢驗(yàn)，如圖3、圖4和圖5所示。可見(jiàn)試樣外圈部分較內(nèi)圈部分珠光體比例大；在縱向組織形貌中，試樣內(nèi)圈帶狀組織較多，與外圈相比，內(nèi)圈珠光體比例較小，位置1到位置3的珠光體比例不一，說(shuō)明4號(hào)軸承擋圈的組織均勻性較差。

圖3 試樣4外圈縱向顯微組織形貌Fig.3 Longitudinal microstructure morphology of sample 4 outer ring: a) location 1; b) location 2; c) location 3

圖4 試樣4內(nèi)圈縱向顯微組織形貌Fig.4 Longitudinal microstructure morphology of sample 4 inner ring: a) location 1; b) location 2; c) location 3

圖5 試樣4橫向顯微組織形貌Fig.5 Transverse microstructure morphology of sample 4: a) outer ring; b) inner ring

對(duì)5號(hào)金相試樣的內(nèi)、外圈進(jìn)行金相檢驗(yàn)，如圖6、圖7和圖8所示?？梢?jiàn)試樣外圈部分珠光體比例大；在縱向顯微組織中，外圈珠光體組織比例大；試樣外部易車(chē)削的部位與難車(chē)削相比，珠光體組織比例逐漸增大，有明顯過(guò)渡帶；內(nèi)外部相比，外部珠光體占比高；試樣內(nèi)部易車(chē)削的部位有鐵素體帶狀組織，逐漸向難車(chē)削部位過(guò)渡，在難車(chē)削部位消失。

1.4 車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)分析

切取試樣3的車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)部位試樣，清洗后可見(jiàn)車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)部位有明顯的金屬光澤，如圖9所示，可見(jiàn)異金屬是鑲嵌到基體里面的。車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處的顯微組織形貌如圖10所示，化學(xué)成分見(jiàn)表4。車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處的顯微硬度為667 HRB，基體的顯微硬度為334 HRB，車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處的硬度與基體的相差非常大。車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處為含鉻和鎳的異金屬夾雜物。由圖10可知，車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處的顯微組織為馬氏體+顆粒狀碳化物，與基體的顯微組織有明顯區(qū)別。

圖6 試樣5外圈縱向顯微組織形貌Fig.6 Longitudinal microstructure morphology of sample 5 outer ring: a) easy turning location 1; b) transitional location 2; c) hard turning location 3

圖7 試樣5內(nèi)圈縱向顯微組織形貌Fig.7 Longitudinal microstructure morphology of sample 5 inner ring: a) easy turning location 1; b) transitional location 2; c) hard turning location 3

圖8 試樣5橫向顯微組織形貌Fig.8 Transverse microstructure morphology of sample 5: a) outer ring; b) inner ring

圖9 車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處宏觀形貌Fig.9 Macro morphology of turning hard point

圖10 車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處顯微組織形貌Fig.10 Microstructure morphology of turning hard point location

表4 車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)及基體的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.4 Chemical compositions of turning hard point and base (mass fraction) %

2 分析與討論

存在車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)軸承擋圈的化學(xué)成分符合GB/T 3077—2015的技術(shù)要求。硬度測(cè)試結(jié)果表明該批軸承擋圈的硬度差別不大。存在車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)的軸承擋圈的非金屬夾雜物含量也符合GB/T 3077—2015的技術(shù)要求，材料純凈度高。經(jīng)調(diào)查，該批軸承擋圈材料的冶煉質(zhì)量正常。

金相檢驗(yàn)結(jié)果表明試樣的內(nèi)外圈縱向顯微組織比較均勻，珠光體比例高；4號(hào)、5號(hào)試樣橫向、縱向顯微組織中，試樣外部珠光體比例高，內(nèi)圈有鐵素體帶狀組織；內(nèi)外圈從檢驗(yàn)位置1～位置3，珠光體比例逐漸增大；試樣5外部易車(chē)削的部位與難車(chē)削相比，珠光體比例逐漸增大，有明顯過(guò)渡帶。由顯微組織面貌分析可知，試樣不易車(chē)削加工的部位珠光體比例高，珠光體硬而脆，大量珠光體的存在是不易車(chē)削加工的主因。試樣中各部位顯微組織不均勻，且珠光體比例高，說(shuō)明試樣顯微組織存在明顯成分偏析，這種成分偏析造成顯微硬度分布不均，在切削過(guò)程中，刀具產(chǎn)生抖動(dòng)，從而惡化車(chē)削加工質(zhì)量。

軸承擋圈鍛造時(shí)，因感應(yīng)加熱操作或工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)，致使鋼材的外圈上溫度偏高甚至出現(xiàn)過(guò)熱。加熱溫度高，奧氏體粗大，加工后在冷卻速度較快時(shí)先共析鐵素體沿粗大奧氏體析出，在較快冷卻速度下，先共析鐵素體數(shù)量減少，珠光體數(shù)量增加，從而造成珠光體比例高。

基體的顯微硬度為334 HRB，車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)的顯微硬度為667 HRB，硬度差異大，車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)的主要成分為鉻和鎳，顯微組織為馬氏體+顆粒狀碳化物，外貌形態(tài)看，車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)鑲嵌到基體里面，車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)化學(xué)成分和顯微組織與基體有明顯區(qū)別，屬于異金屬夾雜。

車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)處含有較高的鉻和鎳元素，這樣的材料一般用來(lái)做軋輥、導(dǎo)輪或其他零件。分析認(rèn)為，此異金屬夾雜物為軋制過(guò)程中，零件緊固不好，遇到軋制過(guò)程的外力沖擊，導(dǎo)致零件部分脫落，在高速軋制過(guò)程中被瞬間壓入鋼材中，從而造成異金屬夾雜。

3 結(jié)論

該40Cr鋼軸承擋圈車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)為異金屬壓入所致，應(yīng)該是在鋼材軋制過(guò)程中，生產(chǎn)線的零件緊固不好，遇到軋制過(guò)程的外力沖擊，使得零件部分脫落，在高速軋制過(guò)程中被瞬間壓入鋼材，最終導(dǎo)致該40Cr鋼軸承擋圈產(chǎn)生車(chē)削硬質(zhì)點(diǎn)。

建議在鋼材軋制生產(chǎn)線的檢修中對(duì)設(shè)備零件進(jìn)行緊固，以防止零件脫落被壓入鋼材的情況發(fā)生。