Резюме:Two of the bearing rollers which were made of G20Cr2Ni4A steel with carburizing + quenching + three times of tempering, fractured during the running process. The causes of the fracture were analyzed through the fracture position, morphology, microstructure, phase composition and residual austenite, The results show that the main reason of the fracture of the roller is the inner surface oxidation, which влошава свойството против умора на стоманата по -лошо, което води до иницииране на пукнатината в точка на концентрация на напрежение и крайната фрактура .
A certain bearing company uses G20Cr2Ni4A steel to produce large bearings for steel rolling equipment. The shape diagram of the bearings and rollers is shown in Figure 1. One set of bearings has 150 rollers, and the technical requirement is that the rollers need to be ground after deep carburizing 6 - 0. 8 mm, After grinding, the depth of the infiltration layer should be greater than 2 5 mm. The processing route is bar material → fine forging of bar material → rough turning → ultrasonic testing → fine turning → deep carburizing (930℃× 60 h) → high temperature quenching (880-900℃, insulation for 2 h) → high temperature tempering (650℃× 8 h) → re quenching (800-820 степен × 2 h) → Температура (150 градуса) → Грубо смилане → Допълнително темпериране (150 градуса) → Фино смилане → Фино смилане → Магнитно тестване на частици → Ултра прецизност → Групиране . По време на използване, две от 150 ролки в набор от лагери счупвания {{21} Заявки в набор от лагери {{{21} Заявки в набор от лагери {{{{21} Заявка в набор от лагери {{{21} Заявки в набор от лагери {{{21 неуспех .
1. Експериментални методи и анализ
1.1 Наблюдение на макроскопската морфология на фрактурата
Figures 2 (a) and (b) show the macroscopic fracture morphology of the failed roller. From the fracture morphology in Figure 2 (a), it can be seen that the fracture of the bearing roller belongs to a typical contact fatigue failure. The fracture surface has obvious and smooth grain lines distributed at the step, which is an important characteristic of fatigue fracture. Fatigue sources usually appear on the surface of components and are located at the center point of the fatigue arc. From Figure 2 (a), it can be seen that the damaged rollers first generate fatigue sources in the inner hole, as shown in Figure A, and then propagate radially along the rollers. After the cracks propagate to the outer surface, they rapidly propagate along the axial direction, causing the rollers to fracture. From the direction of fatigue source propagation, it can be seen that cracks propagate under the action of axial force perpendicular to the inner hole of the roller. The fatigue source is located at the step of the inner hole of the roller. Due to stress concentration at the step, the fatigue source should be generated at the location of maximum stress. In addition, for the fractured roller, the shape of the steps on both sides is different. The distance from the end face to the deepest part of the step on one side is about 5 mm (end A), while the depth on the other side is only about 2 mm. The fatigue source appeared at Дълбочината на стъпката от 5 mm и друго парче, предоставено от производителя, е тествано при същите условия без счупен валяк, с дълбочина около 3 mm, което показва, че формата на стъпката може да има някакво влияние върху счупването .
Фиг. .1 Схема на ролката и лагера
From the analysis of Figure 2 (b), it can be seen that the roller broke into multiple pieces. According to the analysis of the two fragments provided, these two fragments basically constitute half of the cylindrical roller, so it is estimated that the roller has broken into four pieces, indicating that multiple fatigue sources have formed during the service of the roller. Due to the fact that the fatigue sources are all located at the step, it is unlikely that they are affected by metallurgical defects, inclusions, or other factors. Instead, it is likely that multiple fatigue sources are formed simultaneously in the inner hole due to the unacceptable stress values of the material structure at this step, leading to the propagation of fracture. Based on the macroscopic fracture morphology, the following conclusions can be preliminarily analyzed: there are two reasons for roller failure: one is that the internal structure is unqualified and forms a fatigue source, and the other is that the work overload generates undue stress and causes fatigue failure. Therefore, in-depth analysis of the internal structure is needed.
Фиг. .2 Външен вид на счупване на счупения валяк
1.2 Проверка на състава и наблюдение на микроструктурата
The composition of the damaged roller was tested using a spark direct reading spectrometer (OBLF QSN 750), and compared with the GB/T 18254-2002 "High Carbon Chromium Bearing Steel" standard. The results are shown in Table 1. From the composition inspection results in Table 1, it can be seen that the roller material G20Cr2Ni4A steel meets the requirements of GB/T 18254-2002 standard, indicating that the roller fracture failure is not a problem with the raw material. Therefore, samples were taken from the inner hole and outer surface near the fracture surface of the fractured roller for microstructure analysis, and the results are shown in Figure 3 (a) and (b). In order to better compare and observe, samples were taken from the Същата позиция на ролките, които не са нарушени за анализ, както е показано на фигура 4 (A ~ D) .
Фиг. .3 Микроструктура на счупения валяк върху вътрешната стена (A) и външната повърхност (B)
Comparing Figure 3 and Figure 4, it can be seen that the microstructure of the fractured bearing roller is completely different from that of the roller without fracture. There is a layer of abnormal structure on the surface of the inner hole of the fractured roller, as shown in Figure 3 (a) A, this layer of structure is completely not the structure obtained after carburizing and quenching. The Матрицата е слой от сива черна конструкция, с някои бели частици, разпределени върху него . Има и някои дупки в сивата структура . под този слой от структура е главно смесената структура на ацикуларен мартензит и плоска юфка мартенсит, и има определено количество остатъчен аустенит, както е показано в точка B {7} Martensite+запазен аустенит, виж точка c .
От фигура 3 (б) може да се изведе, че микроструктурата на външната повърхност на разрушената валяк не е нормалната структура след карбуриране и гасене . има голям брой груби игла като мартенсит и остатъчни аустенитни зони на повърхността му.}}}}, въпреки че не се наблюдава феномен, въпреки че не се наблюдава никакъв вид на ролката, въпреки че не се наблюдават феномен, въпреки че не са били гол, макар че не са били гол, като на повърхността му на повърхността {2., въпреки че не се наблюдава феномен, въпреки че не са били нееми. Наблюдавано в микроструктурата на външната повърхност на ролката и някои пукнатини, простирани по границите на зърното ., може да се заключи, че дори ако ролката не се счупи, външната му повърхност все още ще изпита пилинг .
Under the same material and process conditions, the surface of the normal roller inner hole is the normal structure after carburization. The structure of the inner hole surface is as shown in Figure 4 (a), which is a mixed structure of fine Flat noodles martensite+carbide+retained austenite (a small amount of bainite structure). There is no black gray structure similar to the inner surface of the broken roller hole. The central structure is Flat noodles martensite+lower bainite+retained austenite, as shown in Fig. 4 (b). The surface structure of normal roller excircle is shown in Figure 4 (c), which is fine Flat noodles martensite+lower bainite+retained austenite. There is also lower bainite+Flat Структурата на Martensite на юфка, както е показано на фигура 4 (d) . Следователно процесът на топлинна обработка на нормалните ролки може да бъде различен от този на повредените ролки и от гледна точка на анализа на микроструктурата, нормалните ролки трябва да претърпят изотермично гасене {.} според металографския анализ, следното заключение може да бъде приготвено: в съответствие с металографския анализ, следното, може да бъде приготвено: Ключният анализ може да бъде претърпял изотермично погасяване {.} Според металографския анализ, следното заключение може да бъде привличане: в съответствие с металографския анализ, следното, може да се направи ключът, може да бъде претърпял ключ. на образуването на множество източници на умора във вътрешния отвор, което води до счупване на умора . Следователно е необходим структурен анализ на този слой от структура .
Фиг. .4 Микроструктура на нормалния валяк върху вътрешната стена и външната повърхност (A) Вътрешна стена; б) ядро във вътрешната стена; в) външна повърхност; г) Външна подземна повърхност
1.3 XRD Анализ и определяне на остатъчния аустенит
Металографският анализ показва, че има анормална структура на вътрешната повърхност на счупения валяк . Структурата на този слой е анализирана с помощта на Philips X'pert Pro Super дифрактометър и резултатите са показани на фигура 5.
From Figure 5, it can be seen that the main phases on the inner surface of the fractured roller are iron, iron chromium, and iron nickel oxides, indicating that the abnormal structure has undergone severe oxidation of the roller during carburizing or quenching. Due to the grinding process on the outer surface, no oxide was observed, while the inner hole surface was not reworked to retain the oxide. Additionally, the contact fatigue performance of bearing steel is highly sensitive to small defects in the steel, with oxide being the most harmful. It can be seen that the presence of this oxide is a key factor in the formation of fatigue cracks.
Фиг. .5 рентгенов дифракционен модел на счупената валяк във вътрешната повърхност на стената
От фигура 3 (б) може да се види ясно, че има голямо количество остатъчен аустенит на външната повърхност на повредения валяк . остатъчното съдържание на аустенит в ролката се определя от XRD, а резултатите са показани на фигура 6.
From Figure 6, it can be seen that the fractured roller has a significant amount of residual austenite. Figure 6 (a) shows that the measured amount of residual austenite on the outer surface is 8 57% and Figure 6 (b) show that the amount of residual austenite measured on the parallel axis grinding surface (metallographic sample grinding surface) is 19 97%. The presence of a large amount of residual austenite can reduce the mechanical properties such as hardness of the roller, making it more prone to failure under high cross strain stress. In addition, the difference in the amount of residual austenite between the surface layer of the roller and the metallographic grinding surface indicates uneven microstructure and the presence of structural Дефекти .
Фиг. .6 рентгенови дифракционни модели на задържан аустенит в счупения валяк (а) външна повърхност на валяк; б) вътрешна повърхност на стената на валяк
2. Дискусия и анализ
Macro analysis shows that roller failure belongs to fatigue failure. The destruction process: Firstly, multiple fatigue crack sources are generated at the step on one side of the inner hole, and the fatigue source is the location with the highest axial load. After the formation of the fatigue source, it first expands radially along the roller. After the crack extends to the outer surface, multiple through cracks are formed, which rapidly propagate along the axial direction and ultimately cause the roller to fracture. Due to the fact that several fatigue sources are located on the same side of the steps, it is impossible for metallurgical defects, inclusions, or other factors to affect them. This is because the probability of metallurgical defects such as inclusions Възникването на същия етап е основно нула . Следователно има две най -вероятни причини за счупването: една е, че лагерът е подложен на ненужни външни сили по време на употреба (претоварване, концентрация на напрежение, прекомерно остатъчно напрежение и т.н. .); Втората причина е, че вътрешната структура на ролката не отговаря на стандартните изисквания . след анализ, това е основната причина .
According to the standard requirements, the normal structure of the roller surface should be hidden needle martensite+fine carbide+a small amount of retained austenite, and the center should be Flat noodles martensite. Metallographic analysis shows that the microstructure of the inner hole surface of the fractured bearing roller is not of this kind, and there is a layer of black gray on the inner surface, which is the main reason for the multiple fatigue sources of the bearing roller. According to XRD analysis, the microstructure of the black gray layer is composed of oxides of iron, iron chromium, and iron nickel. This oxide layer cannot withstand fatigue loads under bearing service conditions. Therefore, when the roller is subjected to alternating loads, a fatigue source is formed at the point of maximum stress (step), followed by expansion and fracture. This layer of oxide should have been generated during quenching or carburizing processes. The outer surface of the roller should also undergo oxidation, but after grinding, no oxide layer was observed under the metallographic microscope, and the inner hole was not processed to retain the oxide слой .
Има голям брой груби мартенсит и остатъчен аустенит на външната повърхност на ролката . XRD анализът показва, че количеството на остатъчния аустенит достига около 20% и са открити микрокрик overheating during heating and quenching, as well as mixed crystal phenomena caused by segregation of raw material composition and banded structure. In addition, there are two problems with the processing of rollers: 1) The surface of the inner hole of the roller is subjected to alternating tensile stress. To avoid fatigue damage, the inner hole should have a low roughness. The drawing requires an inner hole roughness of 1 6. The roughness of the inner surface of the damaged roller is significantly too high. 2) The shape of the steps at both ends of the fractured roller is different, and the fatigue source appears at a step depth of 5 mm. Therefore, the shape of the roller step may also have some influence on the Фрактура . За да се изясни този проблем, са необходими прецизни механични изчисления .
3. Заключение и предложения
The fracture of bearing rollers belongs to fatigue fracture, which is caused by severe oxidation on the surface during carburizing or subsequent quenching process. The oxide layer cannot withstand the alternating load under the service conditions of the bearing, forming a fatigue source in the inner hole oxide layer. There is a large amount of coarse martensite and about 20% residual Аустенит на външната повърхност, който е ненормална структура, и микропукнатини са открити на външната повърхност . въз основа на горните резултати от анализа, се предлагат следните предложения за подобрение: 1) строго контролират карбуризационните и гасещите нагревателни температури, особено втората температура на отопление; Тест за равномерност на температурата на пещта и предотвратяване на окисляване по време на гасене . за оборудване за гасене след дълбоко карбуризиране, jb/t 8929-1999 "Стандартът на дълбоки карбуризиране" има строги разпоредби: равномерността на температурата на гасещото оборудване е по -малка от 10 градуса; Трябва да се осигури контролируема защитна атмосфера . 2) Проверете дали някакви неподходящи вещества се смесват в карбуриращата среда, за да се предотврати окисляването по време на процеса на карбуриране . 3) Студената обработка на лагерите може да се счита за подобряване на грапавост Използвайте .
2025 май4 -тиСедмична препоръка на продукта WBM:
Резачка:
WBM произвежда матрици на конусни ролки с висока ефективност и автоматизация . ролките се оформят на една автоматична преса за студено заглавие и се хранят, нарязват и удрят в матрицата за пет стъпки .
Можем да произвеждаме различни видове и размери конусовите валяци умират с осигуряване на качеството, включват: комбиниран удар, външен ръкав, острие, комбиниран удар, цилиндър за подаване, комбинирани умира, двоен слой, вмъкнете .
