G20CrNi2Mo

G20CrNi2Mo滲碳鋼制圓錐滾子軸承外圈，在使用過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。由于該軸承產(chǎn)量高，使用部位關(guān)鍵，為避免再出現(xiàn)同樣的開裂現(xiàn)象，必須找出其產(chǎn)生失效的原因。本文通過宏觀分析、微觀分析、掃描電鏡的分析，就開裂的原因進(jìn)行了討論。

1．外圈開裂宏觀特征

失效的滲碳鋼制圓錐滾子軸承外圈外表面除有一條貫通的、且與軸線平行的開裂裂紋外，還有兩條源自大裂縫的散射細(xì)裂紋。除兩端及中部非工作區(qū)外，套圈上有兩道大的磨損區(qū)，呈不同的亮白色光澤帶。從距端面約20mm的磨損區(qū)邊緣開始分布有多條“刻度”狀細(xì)小直裂紋，方向與大裂紋平行，最長的40mm左右，多數(shù)為5～10mm，如圖1、圖2所示。這些特征說明，貫通的大裂紋是由這些細(xì)小裂紋之一發(fā)展而成。

2．?dāng)嗫趻呙桦婄R檢查 外圈原始大裂紋的斷口宏觀特征如圖3所示，呈現(xiàn)脆斷特征，在外圈斷口外表面“刻度”裂紋區(qū)對(duì)應(yīng)的斷口處能見到疲勞源特征，如圖4所示。據(jù)此可判斷套圈的開裂為疲勞脆斷。

在掃描電鏡下檢查發(fā)現(xiàn)，疲勞源區(qū)位于套圈外表面的白亮帶中，如圖5、圖6所示，從不同放大倍率的斷口組織可以看到該白亮區(qū)位于滲碳淬火層的表面，即靠近套圈的外表面處。疲勞區(qū)域以下的滲碳淬火層開裂呈解理開裂特征，如圖7所示，說明疲勞開裂不久就發(fā)生了一次性的快速斷裂。套圈心部的斷口組織以韌窩為主，是由于心部為較軟的板條馬氏體組織所致，如圖8所示。 外圈外表面上的白亮磨損區(qū)大量的細(xì)小開裂在掃描電鏡下的細(xì)節(jié)如圖9所示，可以看出這些細(xì)小開裂都平行于貫通的主開裂，與外圈表面上的磨損方向完全垂直。在與小開裂平行方向制成的金相試樣的磨損區(qū)進(jìn)行顯微硬度對(duì)比測試發(fā)現(xiàn)，磨損區(qū)以下約0．1mm深度的截面上的硬度值比滲碳淬火層的硬度高（見圖10），這說明套圈外表面上的磨損區(qū)產(chǎn)生了硬化現(xiàn)象，磨損硬化層硬度為923HV、941HV，滲碳淬火層硬度為730HV、719HV。

3．金相組織檢查 外表面磨損區(qū)有一層約0．05mm厚的耐浸蝕白亮區(qū)， 白亮區(qū)之下為正常的滲碳淬火層，即細(xì)小針狀馬氏體組織（見圖11），套圈心部為板條狀淬火馬氏體組織（見圖12）。

4．化學(xué)成分分析 能譜分析如圖13所示，成分分析見附表，能譜和化學(xué)分析都表明套圈材料的化學(xué)成分符合G20CrNi2Mo標(biāo)準(zhǔn)要求。

5．結(jié)語

（1）開裂套圈材料的化學(xué)成分、滲碳熱處理工藝及金相組織正常。

（2）套圈的開裂屬疲勞引起的脆性斷裂，疲勞源位于套圈外表面磨擦損傷硬化區(qū)。

（3）軸承在磨削加工時(shí)表面有磨削燒傷或二次硬化現(xiàn)象，軸承在運(yùn)行中外圈有偏載滑動(dòng)磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致軸承外圈在磨擦損傷區(qū)中產(chǎn)生了硬化和開裂。同時(shí)運(yùn)行中套圈受到較大的壓力，在套圈四周方向上產(chǎn)生較大交變拉應(yīng)力，促成了磨損區(qū)表面的細(xì)小開裂并引發(fā)疲勞源萌生，最終造成套圈貫穿性開裂。

更多失效分析信息請(qǐng)關(guān)注：http://www.725tes.com/

軸承君在拜訪客戶時(shí)遇到客戶定軸承時(shí)，想提高軸承使用壽命，要求廠家在定做軸承時(shí)采用滲碳鋼制造，并且規(guī)定了滲碳鋼牌號(hào)：G20CrNi2Mo。但是這種材料真的適合嗎？

一、G20Cr2Ni4A

G20Cr2Ni4A的強(qiáng)度大，其淬透性比G0CrNi2Mo鋼好，用它加工重載工件在使用性能上可以得到保證。

G20Cr2Ni4A的熱處理工藝復(fù)雜。G0Cr2Ni4A普通正火得到的為馬氏體組織或馬氏體與貝氏體混合組織，這樣的組織硬度大，切削加工困難，為此軸承鍛坯的預(yù)備熱處理工藝應(yīng)為正火坑冷(灰冷)或進(jìn)行高溫回火。

由于切削加工困難，此種滲碳鋼常用來制造軸承。應(yīng)為軸承無需大量的切削加工，同時(shí)軸承需要很強(qiáng)的淬透性因此是制造滲碳鋼軸承的理想材料。

二、G20CrNi2Mo

G20CrNi2Mo鋼中的合金元素為Cr、Ni、Mo，其中Cr、Mo為碳化物形成元素，Ni為非碳化物形成元素。碳化物形成元素可以在滲碳時(shí)增加表面碳濃度，使得碳濃度梯度變陡，非碳化物形成元素則可減少表面碳濃度，使碳濃度變平緩，G20CrNi2Mo鋼中碳化物形成元素與非碳化物形成元素相互配合可使?jié)B碳鋼有較好的滲碳能力。

Mo的加入使鋼的晶粒細(xì)化，降低了鋼的過熱敏感性，使得鋼在高溫下長時(shí)間滲碳時(shí)晶粒不易長大。此外，Mo的另一顯著作用是改善了鋼中碳化物的形態(tài)。細(xì)小且呈球狀的碳化物不但可以提工件的接觸疲勞強(qiáng)度，而且可以提高其彎曲疲勞強(qiáng)度和耐磨性。

G20CrNi2Mo與G20Cr2Ni4A相比具有良好的切削性能，因此，是制造滲碳鋼齒輪的理想材料。

三、滲碳層深度

滲碳層深度主要受滲碳溫度、滲碳時(shí)間和碳勢等因素的影響。

碳在工件中的擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而急劇增加。當(dāng)溫度一定時(shí)，滲層深度與滲碳時(shí)間呈拋物線的關(guān)系，可見溫度和時(shí)間對(duì)滲層深度起主要影響。在時(shí)間、氣氛相同的條件下，提高滲碳溫度，可以大大加快滲碳速度，使得表面碳濃度高，濃度梯度平緩。降低滲碳溫度，效果則相反，因此提高滲碳溫度對(duì)加速滲碳有利。一般對(duì)于淺層滲碳，對(duì)時(shí)間的控制要求很高，淺層滲碳溫度不宜太高，若溫度太高，滲碳時(shí)間不宜控制，會(huì)影響滲層的深度，同時(shí)溫度太高心部組織易于粗化，增加心部的淬透性，使心部硬度超差。

我國對(duì)滲碳層的深度有明確的標(biāo)準(zhǔn)，滲碳層深度與滲碳鋼材料無關(guān)。

從上表看出，滲碳層的深度要按照工件的厚度來確定。