王艳华，崔冬芳，安天生
（铁道部产品质量监督检验中心，北京 100081）
摘 要：客车轴箱滚动轴承运行仅40×104km后发现轴承失效。采用化学分析、硬度测定、扫描电子显微镜检查和金相分析方法，对失效轴承滚动元件的化学成分、硬度、显微组织和滚动道（面）上的点状缺陷的形貌特征进行了分析。分析结果表明，轴承失效是由于电点蚀所致。提出了预防电点蚀的措施。
关键词：铁路客车；轴承失效；电点蚀
1 引言
某客车车辆在段修时，发现轴箱轴承滚子滚动面和套圈滚道面存在许多不规则及不连续分布的麻点状缺陷，致使轴承早期失效。该轴承系从国外进口的径向短圆柱滚子轴承，正常运行情况下轴承使用寿命为280×104km。该轴承运行仅约40×104km。
2 试验方法及结果
2.1宏观检查
轴承解体清洗后，检查滚子（14粒）滚动面和套圈（内外圈各1件）滚道面，在滚动（道）面上均存在宏观特征相同的不规则及不连续分布的麻点状缺陷。缺陷宏观特征形貌见图1。
2.2化学成分分析
在滚子和套圈上取样进行化学成分分析。该轴承滚子和套圈材料分别为100CrMn6和100CrMo7（相当于我国的GCr15SiMn和GCr18Mo钢种），化学成分分析结果（质量分数）见表1。由表1可见，滚子和套圈化学成分均符合DIN17230-1980[1]标准中规定的相关技术条件要求。
2.3硬度测定
对轴承滚子和套圈进行硬度测定。硬度测试位置在部件未受磨损的原加工表面上。具体测定方法是，在滚子端面上测试3点，在套圈端面上间隔120°的三个位置上分别测试。硬度测定结果见表2。
测定结果表明，滚子和套圈的硬度及同一部件硬度不均匀性均符合JB/T1255-2001[2]标准中规定的相应技术要求。
2.4扫描电子显微缺陷形貌观察
将滚子和套圈切片制样，用扫描电子显微镜观察滚子滚动面和套圈滚道面上的麻点状缺陷特征。发现，在滚子和套圈滚动（道）面上的麻点状缺陷均呈现熔融状、灼熔（伤）点脱落和周围受热影响迹象。扫描电子显微镜观察麻点状缺陷形貌特征见图2。
2.5金相分析
从扫描电子显微镜观察试片上制取金相试样，用光学显微镜检查。观察面为垂直于滚动（道）面且有麻点缺陷区域的横截面。检查结果表明，滚子和套圈的基体显微组织符合JB/T1255-2001标准中规定的相关技术要求。但在麻点处均呈现异常组织，即在滚动（道）面上形成有白层和受热影响的显微组织。图3和图4给出了滚动（道）面的典型变异显微组织特征。
3 分析和讨论
上述检测结果表明，该轴承的化学成分符合DIN17230-1980标准中规定的技术要求，硬度及其不均匀性和显微组织（基体）均符合JB/T1255-2001标准中规定的相应技术要求。这充分说明，该轴承的材料和热处理方面不存在质量问题。
滚动道（面）麻点缺陷形貌的扫描电镜观察和显微组织分析表明，麻点缺陷呈熔融凹坑状形貌特征（图2），而在其附近的显微组织呈现非正常组织，即在点状缺陷处产生了二次淬火组织和高温回火组织。图3中月牙形白层为局部熔化区凝固后形成的淬火组织，该白层下方黑色区域为高温回火区并出现白层脱落后形成的凹坑；而图4中半月牙形组织是仅受到过热影响而形成的淬火组织，半月形下方黑色区域为高温回火组织。
对于麻点缺陷的形成原因是，车辆在制造和检修中进行焊接作业时易在轴承部位发生放电现象，使其滚动（道）面上局部位置瞬时熔化，形成焊点或灼烧点。当滚动部件高速运转时，焊点或灼烧点沿薄弱的高温回火组织撕开和脱落，Z终形成麻点。
此类麻点是典型的电点蚀产生的缺陷，其形成是由于焊接作业时的电流通过轴承且在滚动（道）面局部位置产生电火花和电弧所致[3]。由于大量麻点状缺陷的存在，破坏了轴承滚动（道）面的润滑状态及影响了轴承的正常运转，从而导致轴承早期失效。
4 结论及建议
（1）大量无规则和不连续的麻点状缺陷的存在是导致轴承失效的原因。
（2）该轴承的麻点是典型的电点蚀形式的缺陷。电点蚀的产生是由于焊接作业时的电流通过轴承且在滚动（道）面局部位置产生电火花及电弧所致。
（3）为预防轴承滚动道（面）在运行和制造或检修时产生放电现象，建议采取如下措施：①引入旁路电路，使套圈间短路；②采用绝缘轴承；③车辆制造或检修进行焊接作业时，需将轴承接地。
参考文献
[1]DIN17230-1980，滚动轴承钢供货技术条件[S].
[2]JB/T1255-2001，高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件[S].
[3]美国金属学会编.失效分析与预防，金属手册[M].北京:机械工业出版，1986.10.
来源：《理化检验-物理分册》2004年6月
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