摘要：通过轴承的断裂失效实例，分析淬火、锻造水裂、车削和磨削裂纹的形貌及断口特征，探讨了裂纹的形成原因和相应的预防措施，总结出不同类型的裂纹形貌和断口特征。

1前言

某轴承厂在装配88107EYYN轴承期间，接连发现轴承外圈在装配力作用下断裂，对这批轴承套圈调查结果如下。

1.轴承结构

该轴承套圈比普通套圈多二条密封槽，此结构特点决定它比普通套圈更容易引起应力集中（见图1）。

2.零件的选材与加工工艺

1）原材料：采用GCr15热轧圆棒料。

2）工艺流程：下料—锻造—退火—车削—淬火—清洗—回火—磨削—装配。

3.工艺现状调查

1）锻造：由于冷却锻模的水管泄漏，压力机附近地面有积水。

2）车削：操作人员采取大进给量切削，使部分套圈表面出现很深的刀痕。

3）淬火：振底式氮气保护淬火炉，由于长期未清除炉膛，滴入的丙酮与套圈携带的脏物，在炉底板上形成较厚的粘状物，使部分套圈在淬火加热时被粘在炉内停留时间过长。

4）磨削：操作人员采取高速磨削，使用已变钝的磨轮，并保持大进给量，导致磨削时冷却不充分，产生大量的磨削热。

5）装配：装配时须加力使套圈变形，才能将最后一颗钢球放入内、外套圈的间隙中。如图2所示，在外力F的作用下，套圈外表面A处和内表面B处受到拉应力，而在外表面D处和内表面C处则受到压应力。

２裂纹形貌及断口特征

从该批套圈中抽取50只，先进行冷酸洗，发现部分套圈有裂纹，但未发现表面脱碳，然后对这部分套圈进行去应力回火和热酸洗。

去应力回火工艺和热酸洗方法为：（1）去应力回火工艺：加热到400℃，保温1h，取出空冷至室温。（2）热酸洗方法：套圈在50%HCl溶液中加热到60℃，煮20min，取出用冷水刷洗。

热酸洗后发现12只套圈表面有裂纹，其中淬火裂纹5只，锻造水裂2只，车削裂纹2只，磨削裂纹3只。在这些次品套圈中，有的套圈同时存在2种不同类型的裂纹。再取不同类型的裂纹套圈各1只，垂直于裂纹截取试样、观察裂纹周边和末端形貌。分析如下。

1.裂纹形貌分析

1）淬火裂纹（见图3）：裂纹细长，弯曲不规则地分布在套圈外表面，裂纹起始端在密封槽（应力最集中的位置）。从图4裂纹的周边和末端形貌上可看到裂纹深0.2mm，平直无分枝，周边无氧化脱碳区，裂尖锐利。原因是裂纹在淬火快速冷却过程中形成，随后套圈不再经过长时间高温加热，因此裂纹周围无氧化脱碳区。

2）锻造水裂裂纹（见图5箭头A处）：裂纹起始于端面倒角处，沿轴向延伸。普通锻造裂纹是锻加工后沿晶界出现的表面龟裂状开裂，而锻造水裂裂纹是锻造成形的高温套圈掉入地面积水中，套圈部分区域在积水中被淬火所造成。再从图6的裂纹周边和末端形貌上可看到，裂纹深0.5mm，平直无分枝，周边有氧化脱碳区，裂尖圆钝。原因是套圈在锻造后再需退火，在退火过程中裂纹经过长时间高温加热，使裂纹周边产生氧化、脱碳。

3）车削裂纹（见图7）：裂纹短而直，沿套圈圆周方向（即车刀运动方向）断断续续地平行分布，再从图8的裂纹周边和末端形貌来看，裂纹深0.1mm，无分枝和氧化脱碳区、裂尖锐利。原因是车削裂纹也在淬火过程中形成，以后不再经历长时间高温加热，所以裂纹周围无氧化脱碳区。

4）磨削裂纹（见图5）：裂纹呈网状分布，其形貌与热处理表面龟裂相似但有区别，磨削裂纹套圈的表面有时伴随出现带状回火区域，热处理表面龟裂的原因是表面脱碳，而冷酸洗时未发现表面脱碳，因此图5中的表面网状裂纹是磨削裂纹。再从图9的裂纹周边和末端形貌来看，裂纹