INA軸承的表面和表面層質(zhì)量介紹

滾動(dòng)軸承的失效模式有表面接觸疲勞、磨粒磨損、粘附磨損和腐蝕磨損，它們總是發(fā)生在軸承工作表面和表面層，顯然工作表面層的質(zhì)量對(duì)軸承的可靠性和使用壽命是至關(guān)重要的。

滾動(dòng)軸承工作表面質(zhì)量研究包括：表面形貌分析；表面材質(zhì)和表面變質(zhì)層分析；表面應(yīng)力狀態(tài)分析；表面磨損狀態(tài)和腐蝕狀態(tài)分析等等。

由于受到冷、熱加工條件和潤(rùn)滑介質(zhì)等因素的影響，INA軸承工作表面的微觀組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)、力學(xué)性能等往往與其心部有很大的不同。軸承表面的微觀結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)、力學(xué)性能發(fā)生了變化的表面層稱為表面變質(zhì)層。若表面變質(zhì)層是由磨削加工過程引起的就稱為磨削表面變質(zhì)層。滾動(dòng)軸承工作表面變質(zhì)層分析是軸承表面質(zhì)量分析的主要組成部分，當(dāng)然也是軸承失效分析的重要組成部分之一。

依軸承工作表面磨削變質(zhì)層的形成機(jī)理，影響磨削變質(zhì)層的主要因素是磨削熱和磨削力的作用。

1.磨削熱

在磨削加工中，砂輪和工件接觸區(qū)內(nèi)，消耗大量的能，產(chǎn)生大量的磨削熱，造成磨削區(qū)的局部瞬時(shí)高溫。運(yùn)用線狀運(yùn)動(dòng)熱源傳熱理論公式推導(dǎo)、計(jì)算或應(yīng)用紅外線法和熱電偶法實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)條件下的瞬時(shí)溫度，可發(fā)現(xiàn)在0.1～0.001ms內(nèi)磨削區(qū)的瞬時(shí)溫度可高達(dá)1000～1500℃。這樣的瞬時(shí)高溫，足以使工作表面一定深度的表面層產(chǎn)生高溫氧化，非晶態(tài)組織、高溫回火、二次淬火，甚至燒傷開裂等多種變化。

（1）表面氧化層

瞬時(shí)高溫作用下的鋼表面與空氣中的氧作用，升成極?。?0～30nm）的鐵氧化物薄層。值得注意的是氧化層厚度與表面磨削變質(zhì)層總厚度測(cè)試結(jié)果是呈對(duì)應(yīng)關(guān)系的。這說明其氧化層厚度與磨削工藝直接相關(guān)，是磨削質(zhì)量的重要標(biāo)志。

（2）非晶態(tài)組織層

磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫使工件表面達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，熔融的金屬分子流又被均勻地涂敷于工作表面，并被基體金屬以極快的速度冷卻，形成了極薄的一層非晶態(tài)組織層。它具有高的硬度和韌性，但它只有10nm左右，很容易在精密磨削加工中被去除。

（3）高溫回火層

磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫可以使表面一定深度（10～100nm）內(nèi)被加熱到高于工件回火加熱的溫度。在沒有達(dá)到奧氏體化溫度的情況下，隨著被加熱溫度的提高，其表面逐層將產(chǎn)生與加熱溫度相對(duì)應(yīng)的再回火或高溫回火的組織轉(zhuǎn)變，硬度也隨之下降。加熱溫度愈高，硬度下降也愈厲害。

（4）二層淬火層

當(dāng)磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫將工件表面層加熱到奧氏體化溫度（Ac1）以上時(shí)，則該層奧氏體化的組織在隨后的冷卻過程中，又被重新淬火成馬氏體組織。凡是有二次淬火燒傷的工件，其二次淬火層之下必定是硬度極低的高溫回火層。

（5）磨削裂紋

二次淬火燒傷將使工件表面層應(yīng)力變化。二次淬火區(qū)處于受壓狀態(tài)，其下面的高溫回火區(qū)材料存在著最大的拉應(yīng)力，這里是最有可能發(fā)生裂紋核心的地方。裂紋最容易沿原始的奧氏體晶界傳播。

2.磨削力形成的變質(zhì)層

在磨削過程中，工件表面層將受到砂輪的切削力、壓縮力和摩擦力的作用。尤其是后兩者的作用，使工件表面層形成方向性很強(qiáng)的塑性變形層和加工硬化層。這些變質(zhì)層必然影響表面層殘余應(yīng)力的變化。

（1）冷塑性變形層

在磨削過程中，每一刻磨粒就相當(dāng)于一個(gè)切削刃。不過在很多情況下，切削刃的前角為負(fù)值，磨粒除切削作用之外，就是使工件表面承受擠壓作用（耕犁作用），使工件表面留下明顯的塑性變形層。這種變形層的變形程度將隨著砂輪磨鈍的程度和磨削進(jìn)給量的增大而增大。

（2）熱塑性變形（或高溫性變形）層

磨削熱在工作表面形成的瞬時(shí)溫度，使一定深度的工件表面層彈性極限急劇下降，甚至達(dá)到彈性消失的程度。此時(shí)工作表面層在磨削力，特別是壓縮力和摩擦力的作用下，引起的自由伸展，受到基體金屬的限制，表面被壓縮（更犁），在表面層造成了塑性變形。高溫塑性變形在磨削工藝不變的情況下，隨工件表面溫度的升高而增大。

（3）加工硬化層

有時(shí)用顯微硬度法和金相法可以發(fā)現(xiàn)，由于加工變形引起的表面層硬度升高。除磨削加工之外，鑄造和熱處理加熱所造成的表面脫碳層，再以后的加工中若沒有被完全去處，殘留于工件表面也將造成表面軟化變質(zhì)，促成INA軸承的早期失效。