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轴承知识
G13Cr4Mo4Ni4V轴承套圈酸洗白斑分析
刘汇河 宋华华 陈小超 李付伟 杨慧超
(洛阳LYC轴承有限公司)
  某型号轴承套圈在初磨后酸洗时发现滚道有白斑出现,轴承材料为G13Cr4Mo4Ni4V高温渗碳轴承钢,该材料主要用于航空发动机轴承,工作温度可达315℃。该轴承套圈的加工工艺为:车加工→渗碳→高温回火→返车加工→二次淬火→高温回火→粗磨→酸洗。
  1.轴承套圈形貌及理化检验方法
  粗磨酸洗后滚道及其挡边应为均匀的灰黑色,缺陷套圈酸洗后白斑主要分布于滚道及档边处,如图1所示。

图1 套圈酸洗后形貌
  分别在轴承套圈白斑处和正常处切取试样,试样的截面为金相组织观察面。金相试样经机械打磨和抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀,用奥林巴司GX-51金相显微镜观察渗碳层的显微组织和碳化物分布形态,以确定组织是否合格及网状碳化物是否超标。应用ARL4460型直读光谱分析仪分析试样的化学成分,确定其成分是否合格。采用BUEHLER MICROMET 5124型显微硬度计检测其硬度及渗碳层深度,确定其渗碳层表面硬度及渗碳层深度。
  2.试验结果与分析
  (1)化学成分分析
  化学成分分析结果见附表。分析结果表明,化学成分符合标准YB4106-2000《航空发动机用高温渗碳轴承钢》要求。
G13Cr4Mo4Ni4V化学成分(质量分数)(%)
  (2)渗碳层热处理组织对比
  高温渗碳轴承钢渗碳热处理后,渗碳层表面显微组织应为隐晶马氏体、残余奥氏体和均匀分布的碳化物,不得有网状碳化物和粗大的碳化物。
  分别垂直剖取滚道白斑和正常处制成金相试样,采用奥林巴司GX-51金相显微镜观察滚道两试样的显微组织和碳化物,颜色正常处滚道表层显微组织为隐晶马氏体、残余奥氏体和均匀分布的碳化物,未发现网状碳化物和粗大碳化物,见图2a;白斑处滚道表层显微组织为隐晶马氏体和残余奥氏体,未发现网状碳化物和粗大碳化物,见图2b。

(a)颜色正常处滚道截面显微组织

(b)白斑处滚道截面显微组织
图2  滚道表层显微组织照片
  采用4%硝酸酒精溶液擦拭白斑处截面试样,未发现有二次淬火烧伤。
  (3)表面硬度和渗碳层深度
  采用BUEHLER MICROMET 5124型显微硬度计检测滚道正常处和白斑处试样的硬度及硬度梯度,确定两试样表面硬度及渗碳层深度。滚道颜色正常处试样的硬度梯度曲线见图3a,滚道白斑处试样的硬度梯度曲线见图3b。
  由图3a、3b比较可得,滚道颜色正常处表面硬度为700HV,约60HRC,渗碳层深度为1.28mm;滚道白斑处表面硬度为639HV,约56.5HRC,渗碳层深度为0.96mm。

(a)滚道颜色正常处截面硬度梯度

(b)滚道白斑处硬度梯度
图3 滚道横截面硬度梯度
  (4)表面碳含量
  采用ARL4460型直读光谱分析仪测试正常和白斑处滚道试样表面的碳含量,正常处滚道表面碳含量为0.91%,白班处滚道表面含碳量为0.73%。
  3.结果与讨论
  根据上述分析可知,轴承套圈材料化学成分合格;滚道颜色正常处表面硬度为60HRC,渗碳层深度为1.28mm,表面含碳量为0.91%;滚道白斑处表面硬度为56.5HRC,渗碳层深度为0.96mm,表面含碳量0.73%;滚道白斑处表层金相组织为隐晶马氏体和残留奥氏体,未发现残留碳化物,且表面含碳量低于正常处,可以确定轴承套圈滚道局部区域碳含量偏低引起酸洗后出现白斑。
  轴承套圈白斑区域滚道表面硬度较低,且渗碳层深度较浅,轴承接触疲劳寿命会大大降低,在轴承的使用过程中易产生剥落引起早期失效。
来源:《热处理技术与装备》2015年04期
发布时间:2019-05-23


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