Определение причин разрушения металлического изделия

Одним из видов деятельности нашей лаборатории является определение причин разрушения металлического изделия. Это комплексная работа, в которой список необходимых исследований устанавливает эксперт и именно поэтому стоимость определения разрушения изделия всегда разная.

Кто для вас проводит исследования?

В нашей компании работают опытные эксперты-металловеды, некоторые из них являются сотрудниками университетов страны, что в свою очередь дает возможность нам расширять постоянно свои теоретические знания.

Хочется отметить, что наши специалисты имеют не только теоретические познания в области металловедения, но и практические. Многолетний опыт работы на оружейном заводе, моторном, а также на электровозоремонтном. Знания наших экспертов очень востребованы, поэтому помимо университета они проводят повышение квалификации для других компаний.

Определение причин разрушения подшипника качения

В качестве примера кратко расскажем об одной из работ, которую выполняла наша компания. Определить причину разрушения кольца подшипника качения в буксовых узлах колесных пар электровозов серии ЧС7 – так звучала поставленная перед нами экспертная задача. Фотография разрушенного кольца приведена ниже.

продольная трещина на внутреннем кольце подшипн6ика
								качения

Рисунок 1 – продольная трещина на внутреннем кольце подшипн6ика качения

Исследование, проведенное в испытательной лаборатории, включало:

  • визуальный осмотр колец подшипников с продольными трещинами;
  • измерение твердости на внешней, внутренней и торцевой поверхности колец подшипников;
  • измерение шероховатости поверхности дорожек качения, базового торца, отверстия, направляющая роликов;
  • спектральный анализ кольца подшипника;
  • разделение кольца подшипника по трещине;
  • анализ излома;
  • исследование микроструктуры.

При визуальном осмотре обнаружено, что исследуемый объект на поверхности имеет точечные вмятины с диаметром приблизительно 0,5 - 1,0 мм (см. рисунок)

точечные вмятины на поверхности кольца подшипника

Рисунок 2 – точечные вмятины на поверхности кольца подшипника

Для оценки свойств материалов разрушенных деталей проведены механические испытания, в ходе которых на внешней, внутренней и торцевой поверхности колец подшипников проводились измерения твердости методом Роквелл согласно ГОСТ 9013-59. В соответствии с ГОСТ 520-2011 твердость колец должна быть в пределах от 60 до 63 HRC, где неоднородность по твердости в пределах одного кольца не более 3. Результаты измерений занесены в таблицу.

Допустимое значение Единицы измерения Показания
Внешняя поверхность 60…63 HRC
62,0
62,2
62,2
Внутренняя поверхность
62,1
62,1
62,2
Торцевая поверхность
62,1
62,0
62,1

Наша лаборатория не аккредитована на измерение шероховатости, но в целях проверки себя, в лаборатории металлографии произведен замер шероховатости кольца подшипника на нескольких поверхностях: дорожка качения, базовый торец, отверстие, направляющая роликов. Результаты измерения шероховатость поверхности занесены в таблицу

Допустимое значение Единицы измерения Показания
Дорожка качения ≤ 0,2 мкм 0,23
Базовый торец ≤ 1,25 0,06
Отверстие ≤ 1,25 0,66
Направляющая роликов ≤ 0,63 0,60

В результате спектрального анализа стали разрушенного объекта исследования, проведенного на спектрометре ДФС-500, установлено, что по своему химическому составу сталь полностью соответствует марке ШХ15 ГОСТ 801-78. Результаты спектрального анализа занесены в таблицу.

Допустимое значение Единицы измерения Показания
Углерод 0,95-1,05 % 1,03
Кремний 0,17-0,37 0,29
Марганец 0,20-0,40 0,34
Никель ≤ 0,30 0,13
Хром 1,30-1,65 1,63
Сера ≤ 0,02 0,017
Фосфор ≤ 0,027 0,021

После разделения кольца подшипника по трещине, произведен анализ излома, при котором выявлено, что разрушение кольца подшипника произошло в продольном направлении. Излом мелкозернистый, фарфоровидный, без следов окисления, усталостного характера, с точечным очагом на рабочей поверхности кольца.

излом разрушенного кольца подшипника качения

Рисунок 3 – излом разрушенного кольца подшипника качения

Далее производился анализ микроструктуры кольца подшипника. Микроструктура материала колец подшипников изучалась при увеличениях × 100, × 500, × 1000. Исследования проводились на установление соответствия требованиям ГОСТ 801-78 [следующих характеристик:

  • наличие неметаллических включений в материале;
  • карбидная сетка;
  • микропористость;
  • карбидная ликвация;
  • структурная полосчатость

Результаты исследования микроструктуры на установление соответствия требованиям ГОСТ 801-78 представлены в таблице.

Параметр Допустимое значение Единицы измерения Показания
Оксиды 3 балл 1
Сульфиды 3 1
Глобули 2,5 1
Карбидная сетка 3 3
Микропористость 3 1
Карбидная ликвация 3 1
Структурная полосчатость 2

Дополнительно к требованиям ГОСТ 801-78 к материалу предъявляются требования ТУ ВНИПП. 048-1-00 по длине игл мартенсита и наличию троостита. Результаты исследования микроструктуры представлены в таблице.

Параметр Допустимое значение Единицы измерения Показания
Длина игл мартенсита 2 балл 1
Троостит 4 1

После проведения анализа исследуемого образца соответствие параметров требованиям технических условий сведено в таблицу.

Параметр Соответствие
Твердость Внешняя поверхность +
Внутренняя поверхность +
Торцевая поверхность +
Шероховатость Дорожка качения -
Базовый торец +
Отверстие +
Направляющая роликов +
Химический состав +
Микроструктура Оксиды +
Сульфиды +
Глобули +
Карбидная сетка +
Микропористость +
Карбидная ликвация +
Структурная полосчатость +
Длина игл мартенсита +
Троостит +

Анализ результатов, проведенных экспериментальных исследований структуры и свойств материалов разрушенного кольца, сведенных в таблицу, позволяет сделать следующие выводы:

  • химический состав материала соответствует требованиям нормативно технической документации;
  • отклонения по твердости соответствуют требованиям ГОСТ 520-2011;
  • шероховатость поверхностей: базового торца, отверстие и направляющая роликов соответствует требованиям технической документации, однако на дорожках качения шероховатость поверхности выше допустимого значения;
  • состояние микроструктуры по всем параметрам соответствует требованиям ГОСТ 801-78 и ТУ ВНИПП 048-1-00. Микроструктура на исследованном образце представляет собой скрыто и весьма мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными мелкодисперсными карбидами;
  • рабочая поверхность кольца без цветов побежалости свидетельствует об отсутствие перегрева поверхности в процессе эксплуатации;
  • излом без окислов на поверхности говорит о том, что в процессе термической обработки подшипников образование микротрещин на поверхности колец не произошло;
  • точечный очаг усталостного излома свидетельствует о наличие на рабочей поверхности кольца точечных дефектов, что подтверждается результатами визуального осмотра поверхности разрушенного кольца;
  • отклонение шероховатости от допустимого значения на поверхности дорожки качения связано с ухудшением качества поверхности вызванное попаданием посторонних частиц в рабочую зону подшипника.

Таким образом, описанные выше факты указывают на то, что причиной образования продольной трещины является усталостное разрушение, очагом которого является вмятина, образовавшаяся в результате попадания инородных частиц в рабочую зону подшипника.