(2.40)--金属构件失效分析.ppt

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1、汽车轮毂轴承失效分析汽车轮毂轴承失效分析Failure analysis of automobile hub bearing 汽车轮毂轴承汽车轮毂轴承轮毂轴承（hub bearing）的主要作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导，它既承受轴向载荷又承受径向载荷，是一个非常重要的零部件。一般采用润滑脂进行润滑失效轴承宏观形貌轴承失效分析宏观分析 首先我们对失效轴承的宏观形貌进行观察分析：我们选取三种典型的轮毂轴承，编号分别为1#、2#、3#，对比可以发现，1#内圈存在剥落、滚道变黄，外圈有压痕、滚道变黄；2#外圈上下滚道有条状压痕；3#外圈有小块压痕由此我们可以得知在1#轴承上发生的有磨损失效、腐

2、蚀失效以及塑性变形失效；2#轴承上发上的有塑性变形失效与磨损失效；3#轴承上发生的有塑性变形失效。同时由于轴承的工作状态以及其同时受轴向力与切向力的特性，我们可知其中必定有疲劳失效轴承失效分析轴承失效分析成分检测成分检测通过对比分析可以发现，1#轮毂轴承的内圈以及3#轮毂轴承的外圈C含量要低于GB/T 182542000标准对GCr15钢的要求，其余元素的含量都满足国际标准。因此成分引起的失效仅在因此成分引起的失效仅在1#1#轮毂轴承以及轮毂轴承以及3#3#轮毂轴承发生。轮毂轴承发生。轴承失效分析轴承失效分析轴承失效分析轴承失效分析组织检测组织检测组织检测组织检测 按照机械行业标准JB/T 1

3、255-2001高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件对外圈合格性进行评定，结果如表2，对比可知：3种轴承的硬化层深度都满足要求，1#和2#轴承的硬度满足要求，但是3#轴承的硬度偏低，会加剧运行过程中的磨损，因此3#轴承的磨损失效较为严重，对比成分可以推测其硬度偏低与其碳含量偏低有关。轴承失效分析轴承失效分析轴承失效分析轴承失效分析金相检测金相检测金相检测金相检测对三种轴承进行金相组织检测，结果如图二：三种轮毂轴承的合金组织全部为结晶马氏体+针状马氏体+碳化物+残余奥氏体组织。参考JB/T 1255-2001高碳铬轴承钢滚动轴承热处理技术条件中球化退火的技术要求，按第一级别图评定2-4级为合格

4、组织，即允许有细点状球化组织存在，不存在欠热、碳化物分布不均匀和过热现象，对比三种外圈的金相组织可知，三种轮毂轴承 的组织都在2-3级，满足机械行业标准JB/T 1255-2001的要求。轴承失效分析轴承失效分析轴承失效分析轴承失效分析组织评定组织评定组织评定组织评定对三种失效轮毂轴承的内圈进行硬度和金相组织评定，参照机械行业标准JB/T 1255-2001高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件进行评定，结果如表3，经检测发现，1#轴承内圈的硬度偏低，而钢球的硬度在62HRC-65HRC，由此可见，在轴承高速运转的过程中，1#轴承比较容易产生显微裂纹，并逐渐扩大，最终造成剥落或者断裂使得轮毂轴

5、承失效表3 轮毂轴承的硬度和金相组织评定结果Tab.3 Hardness and microstructure of the hub bearing轴承失效分析轴承失效分析电镜观察电镜观察对于三种轮毂轴承的外圈进行扫描电子显微组织观察，结果如图4，明显可见1#外圈滚道中有较多的剥落或者凹坑存在但是数量较少；2#外圈滚道中有较多的细小凹坑存在，局部存在剥落，细小的凹坑弥散分布，可能是由于外界的硬度相对较高的颗粒落入滚道造成；3#滚道中出现了蠕虫状的块状物突起，可能是由于润滑不好造成的黏着磨损轴承失效分析电镜观察对与三种轮毂轴承的内圈滚道进行扫描电镜显微观察，结果如图5：1#内圈滚道表面聚集着大量

6、尺寸不等的鹅卵石状的颗粒，能谱分析结果表明，这些颗粒主要含有C、O和Fe等元素，推测可能是在运行过程中由于运转不当造成局部区域温度升高而形成的氧化物，如Fe2O3 和Fe3O4等；2#内圈滚道中有角度的细小白色颗粒状物质存在，此外还有以一定数量的凹坑，对白色颗粒惊醒能谱分析，主要含有Fe和C元素，表明这些颗粒并非外来的物质；3#内圈滚道中有较多的连续分布的凹坑，损伤较为严重，应该是在运行过程中产生的刮伤.最终结论最终结论3#轮毂轴承外圈碳含量较低，使得外圈管道表面硬度偏低，此外由于如润滑条件不好引起的黏着磨损加剧了轴承的磨损，最终导致失效.（3）2#轮毂轴承的化学成分、硬度和组织都满足要求，但是由于密封性较差，使得外圈滚道中外界硬度相对较高的颗粒落入滚道造成较多细小的凹坑存在，倒是磨损加剧而导致失效（2）1#轮毂轴承失效的原因石油浴化学成分不合格，使得轴承内圈管道的表面硬度较低，在汽车运行过程中由于载荷较大而产生显微裂纹，并随着裂纹的不断扩展而产生剥落（1）本文数据引自黄如君,张梅.汽车轮毂轴承的断裂失效分析J.铸造技术,2016,37(10):2115-2118.部分描述参考1杨林.汽车轮毂轴承早期失效分析及试验研究D.华南理工大学,2012.2陈雪峰.汽车轮毂轴承疲劳失效分析及预防研究D.苏州大学,2010.THANKS