分动器圆锥滚子轴承失效原因分析.pdf

汽车实用技术
2016年第6期
使用维修
AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY
2016N0.6
10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.057
分动器圆锥滚子轴承失效原因分析
邵瑞勇,吕永刚
(长城汽车股份有限公司技术中心,河北省汽车工程技术研究中心,河北保定07100
摘要:某SUV车型汽车分动器圆锥滚动轴承在使用过程中发生破裂失效,对破裂的轴承解体发现,轴承内圈表面
出现麻坑及剥落,轴承外圈断裂,轴承保持架与滚子破碎。采用化学分析、硬度测定、担描电镜及金相分析等方法
对失效轴承进行分析。结果表明,轴承材料中存在较大尺寸氮化物,易脱落形成麻点;轴承内圈及滚子的硬度偏低,
易产生磨损,在交变应力作用下,随着轴承精度降低而破裂失效。
关键词:GCr15轴承钢;碳化物;氮化物;断裂
中图分类号:TG115.2文献标志码:A文章编号:1671-7988(2016)06-163-02
Tapered roller bearing failure reason analysis about the transfer case
Shao Ruiyong, LV Yonggang
(R&D Centcr of Grcat Wall Molor Company, Automotivc Ecnginccring Tcchnical Centcr of HCBCI, baoding 071000)
Abatract: Transfer case rolling bearing is broken during the application in a certain SUV, it is found that there is pockmark
and flaking on the surface of inner ring from bearing, bearing outer ring is cracked, bearing retainer and roller are broken
Analysis is done through chemical analysis, hardness measurement, scanning electronic microscope and metallograph
analysis on bearing failure. The result indicates that there are big nitrides existing in bearing material, it's easy to get
pockmark: bcaring inncr ring and roller hardness is low, which casy to gct wcar. The bcaring accuracy gcts lower and brokcn
under thc cllcct of alternating strcss
Keywords: bearing steel Gcr15; carbide; nitride; fracture
CLC NO: T G115.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)06-163-02
硬度、高弹性籹限、高接触疲劳强度等性能。该分动器圆
前言
锥滚子轴承外圈、内圈及滚子均采用GCr15轴承钢,且均采
分动器是多轴駆动车辆传动系统中的关键部件,它超着用相同的热处理工艺:840℃汕泽火100℃回火3小时,硬度
改变汽车动力传递路线的重要作用。分动器轴承多采用网绘的技术要求:轴承内圈及外圈为60-64HRC,滚子为61
滚子轴承,其质量直接影响到传动效果和整车的动力性能,
65HRC.
旦轴承失效就会出现换挡困难、无法换挡及分动器异响等
本文通过対失效轴承表面的损伤形貌进行宏观与微观分
问题,因此,对汽车分动器轴承的失效分析具有非常重要的
析,结合化学成分、断口分析、金相分析及硬度分析等试验,
以确定轴承失效的原因。
意义。
某车型汽车在行驶至29000公里时,汽车出现异响,经
试验结果与分析
检査发现分动器中的轴承损坏严重,轴承外圈断裂,保持架、
滚子碎裂,内圈滚道表面发生剥落。轴承的工作特点是承受1.1化学成分分析
强冲击和较大的交变载荷,要求轴承钢应具备高硬度、均匀
从失效的轴承内圈及外圈上分别取样测试其化学成分,
结果见表1。
作者简介:邵瑞勇,就职丁长城汽车股份有限公司
2016年第6期
邵瑞勇等:分动器圆锥滚子轴承失效原因分析
表1GCr15钢圆锥轴承内外圈化学成分(质量分数,%
酸酒精侵蚀,滚子组织为屈氏体+碳化物+少量回火马氏体
化学
滚子表面的部分区域有挤压摩擦形成的二次淬火迹象。内圈
C
Mn
Cr
成分
组织与滚子相同,边缘也有一次淬火区,组织呈带状分布
1.030.23「0.35
1.47
0.006
0.008
未熔碳化物较多。外圈组织为回火隐针马氏体+碳化物+少量
1.010.240.3
0.009
残余奥氏体
).230.32
51
0.013
0.009
标谁095
01cox、2、分析与讨论
检测结果符合GBT18254-2002《高碳铬轴承钢》要求。
通过对失效轴承内外圈及滚子的宏微观观察可知,外圈
1.2外观检查
及滚子的破裂是由于两者之间相互挤压而形成,内圈主要呈
经对失效轴承外圈宏观形貌确认,外圈已断裂,两断面磨损、碾和划痕损伤,其性质属接触疲劳剥落,结合轴承
不能吻合,外表面较光亮,内表面灰暗,有接触疲劳与挤压使用的时间来看,外圈与滚子破裂应在轴承失效后期形成,
的特征:轴承内部的滚子己散落,仅在分动器売内寻找到少所以,轴承失效的性质为接触疲劳剥落
星的碎块;轴承保持架凵破碎;轴承内圈的滚道表面的接触
现对轴承内圈发生的接触疲劳剥落的原因进行分析。高
疲劳特征明显,挤压程度较大,滚道两边缘已挤压变形,轴硬度能够保证良好的抗粘着磨损和颗粒磨损能力,同时,在滚
承内圈的内表面滑动迹象明显,颜色暗红,并粘有挤压摩擦动接触疲劳过程中,高硬度能够抵抗由应力导致的微区塑性
的金属碎屑。
变形。有资料研究指出,高碳铬轴承钢的硬度越高,轴承寿
将轴承外圈断口、内圈滚道损伤表面及滚子断口放入电命越长2。由于内圈及滚子热处理淬火温度较低,组织中出
子扫描电镜下进行微观观察。
现屈氏体组织,造成内圈及滚子的硬度低于技术要求,内圈
1.2.1轴承外圈
滚道与滚子之间的摩擦力加大,轴承抗暦损能力下降,出现
轴承外圈断口断面有放射棱,裂纹源位于外圈内侧的边早期过度磨损疲劳,随着时间的推移,轴承的精度不断降低
部次表面,有挤压的痕迹征,裂纹扩展区为准解理,有二次
从轴承内圈滚道损伤微观形貌看,有被硬物压入形成的
裂纹,断口呈脆性断裂特征。
微小空洞及磨损的犁沟,微小空洞的大小相貌特征与滚子中
1.2.2轴承滚子
的氮化物夹杂相类似,说明轴承的失效与滚子中的夹杂物有
滚子的纵向断口断面被轴承外缘挤压,裂纹源位于滚子直接关系。滚子材料中存在较大尺寸的氮化物在術环应力作
表面,有放射棱线,呈多源断裂的特征裂纹。
用力