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G13Cr4Mo4Ni4V軸承套圈酸洗白斑分析

2018-11-23

劉匯河　宋華華　陳小超　李付偉　楊慧超
（洛陽LYC軸承有限公司）

　　某型號(hào)軸承套圈在初磨后酸洗時(shí)發(fā)現(xiàn)滾道有白斑出現(xiàn)，軸承材料為G13Cr4Mo4Ni4V高溫滲碳軸承鋼，該材料主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承，工作溫度可達(dá)315℃。該軸承套圈的加工工藝為：車加工→滲碳→高溫回火→返車加工→二次淬火→高溫回火→粗磨→酸洗。

　　1.軸承套圈形貌及理化檢驗(yàn)方法
　　粗磨酸洗后滾道及其擋邊應(yīng)為均勻的灰黑色，缺陷套圈酸洗后白斑主要分布于滾道及檔邊處，如圖1所示。

圖1 套圈酸洗后形貌

　　分別在軸承套圈白斑處和正常處切取試樣，試樣的截面為金相組織觀察面。金相試樣經(jīng)機(jī)械打磨和拋光后用4%硝酸酒精溶液腐蝕，用奧林巴司GX-51金相顯微鏡觀察滲碳層的顯微組織和碳化物分布形態(tài)，以確定組織是否合格及網(wǎng)狀碳化物是否超標(biāo)。應(yīng)用ARL4460型直讀光譜分析儀分析試樣的化學(xué)成分，確定其成分是否合格。采用BUEHLER MICROMET 5124型顯微硬度計(jì)檢測其硬度及滲碳層深度，確定其滲碳層表面硬度及滲碳層深度。
　　2.試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　（1）化學(xué)成分分析
　　化學(xué)成分分析結(jié)果見附表。分析結(jié)果表明，化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)YB4106-2000《航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫滲碳軸承鋼》要求。

G13Cr4Mo4Ni4V化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

　?。?）滲碳層熱處理組織對比
　　高溫滲碳軸承鋼滲碳熱處理后，滲碳層表面顯微組織應(yīng)為隱晶馬氏體、殘余奧氏體和均勻分布的碳化物，不得有網(wǎng)狀碳化物和粗大的碳化物。

　　分別垂直剖取滾道白斑和正常處制成金相試樣，采用奧林巴司GX-51金相顯微鏡觀察滾道兩試樣的顯微組織和碳化物，顏色正常處滾道表層顯微組織為隱晶馬氏體、殘余奧氏體和均勻分布的碳化物，未發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物和粗大碳化物，見圖2a；白斑處滾道表層顯微組織為隱晶馬氏體和殘余奧氏體，未發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物和粗大碳化物，見圖2b。

（a）顏色正常處滾道截面顯微組織

（b）白斑處滾道截面顯微組織
圖2  滾道表層顯微組織照片

　　采用4%硝酸酒精溶液擦拭白斑處截面試樣，未發(fā)現(xiàn)有二次淬火燒傷。

　?。?）表面硬度和滲碳層深度
　　采用BUEHLER MICROMET 5124型顯微硬度計(jì)檢測滾道正常處和白斑處試樣的硬度及硬度梯度，確定兩試樣表面硬度及滲碳層深度。滾道顏色正常處試樣的硬度梯度曲線見圖3a，滾道白斑處試樣的硬度梯度曲線見圖3b。

　　由圖3a、3b比較可得，滾道顏色正常處表面硬度為700HV，約60HRC，滲碳層深度為1.28mm；滾道白斑處表面硬度為639HV，約56.5HRC，滲碳層深度為0.96mm。

（a）滾道顏色正常處截面硬度梯度

（b）滾道白斑處硬度梯度
圖3 滾道橫截面硬度梯度

　?。?）表面碳含量
　　采用ARL4460型直讀光譜分析儀測試正常和白斑處滾道試樣表面的碳含量，正常處滾道表面碳含量為0.91%，白班處滾道表面含碳量為0.73%。

　　3.結(jié)果與討論
　　根據(jù)上述分析可知，軸承套圈材料化學(xué)成分合格；滾道顏色正常處表面硬度為60HRC，滲碳層深度為1.28mm，表面含碳量為0.91%；滾道白斑處表面硬度為56.5HRC，滲碳層深度為0.96mm，表面含碳量0.73%；滾道白斑處表層金相組織為隱晶馬氏體和殘留奧氏體，未發(fā)現(xiàn)殘留碳化物，且表面含碳量低于正常處，可以確定軸承套圈滾道局部區(qū)域碳含量偏低引起酸洗后出現(xiàn)白斑。

　　軸承套圈白斑區(qū)域滾道表面硬度較低，且滲碳層深度較淺，軸承接觸疲勞壽命會(huì)大大降低，在軸承的使用過程中易產(chǎn)生剝落引起早期失效。

來源：《熱處理技術(shù)與裝備》2015年04期