轴承套圈表面“黑斑”成因分析

黑点、杂质形成原因分析及对策黑点、杂质的缺陷是在正常生产过程中产生废品率的最重要因素。

它主要是影响制品外观从而导致报废。

杂质和绝大多数黑点都是外来物质，和原料本身无关，而少部分黑点、杂质是由原料本身造成。

黑点、杂质特征是颗粒较小、呈黑褐色，一般不反光，颗粒大时杂质呈层状、脆、易碎、破碎后多孔，其分布有两大特性：1、有的整体性无规则零散分布，有的是局部无规则零散分布，有时则仅偶尔出现在某一局部区域；2、这类黑点、杂质有时仅出现在制品表层，有时则不论表里深浅都有，不过距表层较近的内部黑点比表层黑点来颜色要浅，更深层的黑点则根本看不到。

有意思的是将这两点联系起来会发现，仅出现在某局部区域的杂质必然是表层的黑点，而黑点分布不论表里深浅的必然是整体性无规则零散分布。

这是由于内部存在的杂质必然是成型前就存在的，而仅成型时才出现的杂质必然只分布在表面。

这样，杂质就分为成型前和成型时形成两大类：一、成型前黑点、杂质成因：1 原料加工时，由于种种原因，异物不干净而使原料出现黑点；2 造粒不纯造成黑点；3 原料混入色母或带斑点的粉碎料块、料屑；4 料不纯，低熔点料中混入了高熔点料粒；5 包装、运输、贮藏过程中可能出现杂质混入，它明显特征是原料开包后，仔细观察，可以看到在料颗粒表面有异物、杂质；6 除了5、11不会直接对料斗料造成污染，其他部分均可能在上料过程式中污染原料，造成制品黑点、杂质。

污染源包括：空气中的灰尘、料状悬浮物、异料料屑、异料料粒、粉状色母、染色剂等。

为杜绝异物杂质造成黑点，必须加强管理，控制从原料进厂至加料各环节（包括回用过程）。

换料时，必须仔细清理可能原先料或屑滞留的部位，特别备料箱、料斗、漏斗、下摆夹扣紧处等。

正常生产时，要特别注意加料源——备料箱的清洁。

停止生产后，应将加料系统对外界环境暴露处——上料管的上料端口密封，以防污染，做到环环相扣，封闭管理。

7 原料碳化，这种黑点一般体积较大，大的黑点外观直径可达成1——2mm，多数“黑点”较厚，也有一曾或两层的较薄。

櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～现场经验櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～网带炉淬火的轴承圈黑斑的消除侯海山（江苏丰东热技术有限公司，江苏大丰２２４１００）中图分类号：ＴＧ３３５．５６ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８ １６９０（２０２０）０２ ００５３ ０２ＳｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏＢｌａｃｋＳｐｏｔｓｏｎＢｅａｒｉｎｇＲｉｎｇＨａｒｄｅｎｅｄｉｎＭｅｓｈＢｅｌｔＦｕｒｎａｃｅＨＯＵＨａｉｓｈａｎ（ＪｉａｎｇｓｕＦｅｎｇｄｏｎｇＴｈｅｒｍａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｆｅｎｇ２２４１００，ＪｉａｎｇｓｕＣｈｉｎａ）０　引言轴承是大批量生产的零件，其热处理主要是网带炉淬火随后低温回火，但网带炉淬火的轴承外观质量常常不稳定，最常见的是轴承圈淬火后表面产生黑斑，严重影响成品的质量。

本文分析了轴承热处理后产生黑斑的原因，采取了多种措施消除了网带炉淬火的轴承表面的黑斑，积累了轴承网带炉热处理的宝贵经验。

１　概况轴承套圈采用网带炉淬火的主要流程为前清洗、烘干、加热、保温、淬火、后清洗，随后低温回火。

工件表面黑斑是淬火后出现的，黑斑的形成和后清洗以及回火没有关联。

网带炉的结构及淬火后的轴承圈如图１和图２所示。

图１　网带炉结构图Ｆｉｇ．１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｓｈｂｅｌｔｆｕｒｎａｃｅ图２　网带炉淬火的轴承圈Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｒｉｎｇｓｈａｒｄｅｎｅｄｉｎｍｅｓｈｂｅｌｔｆｕｒｎａｃｅ２　产生黑斑的原因分析１）淬火前的清洗工件进炉之前必须清洗掉机加工残留的切削油、切削液、防锈剂或防锈油等，防止工件加热时烧结形成黑斑。

前清洗不干净有可能导致其表面形成黑斑。

２）加热炉中的碳黑网带炉滴液口离网带较近，随着炉子的连续使用，或多或少都会有一些甲醇裂解不充分或淬火油烟窜入炉膛而产生炭黑，并集聚在炉膛内和网带上，碳黑过多可能导致工件表面形成黑斑。

３）甲醇裂解装置网带炉的滴注剂不是直接通入炉内的，而是先经过裂解装置裂解后通入到炉内，如果甲醇裂解效果不良或不稳定，将影响炉内气氛，从而影响产品的外观质量。

常见的轴承锈蚀一、片状黄锈二、蜂窝状孔蚀三、手指印痕四、黄印锈五、黑印锈六、黑点：黑点的形式较多，特点是面积小，深度大，在日光下不易观察，在灯光或放大镜下可以看清。

有一种黑点只有小针尖大，外围色浅中间呈圆形黑洞，这种锈用一般的纱布擦不掉，产生黑点的原因是因为零件表面沾上砂轮屑，清洗不干净，特别是橡胶砂轮和树脂砂轮屑产生黑点较快。

当部件带有残磁或静电吸附砂轮屑，黑点产生更快。

另外，灰尘、杂质粘在金属表面造成电化学腐蚀生成不规则的黑点锈。

七、碰伤、划伤、磨伤、胚印引起的锈蚀：凡是由机械磨擦而引起的损坏现象，不是锈蚀，而是“磨蚀”。

因此，通常在轴承表面见到的“三伤”（碰伤、划伤、磨伤）而造成的缺陷，应与锈蚀区别开来。

但损伤部分是特别容易引起生锈的，因为三伤和胚印有伤处，氧化膜被破坏电位较负成为阳极，无伤处成为阴极，同时三伤处易被污染而加快电化学腐蚀，所以有伤处常常变成黑色，例如从平面磨床磁盘上往下那活时，容易造成砂轮屑垫伤而在平面上产生小点，时间久了变成小黑点。

磨套圈使用八角胎卡活时，容易产生胚印，当时用布一擦就掉，如果不擦时间久了，就产生黑色胚印。

自动无心磨床当胎具不合适时，套圈的端面被磨伤产生许多小点，时间久了，也变成黑色。

金属的钝化：由于金属表面状态的变化，使金属的溶解速度急剧下降亦即使金属或合金的耐蚀性增高的现象叫做钝化。

主张薄膜理论的人因为金属的钝化的原因，在表面上生成保护性能好的氧化膜的保护膜。

它将金属与溶液机械的隔离开来的作用是金属钝化的主要原因。

因2-）时，金属就很容易钝化。

当然决不此溶液中存在有促进形成氧化膜的氧化剂（例如CrO4是所有的强氧化剂都能促进金属的钝化，这是因为氧化剂的离子本性对钝化也有很大的影响。

吸附理论因为金属的钝化，是由于金属表面上形成了的吸附层引起的。

最主要的是金属表面上形成氧的吸附层。

例如不锈钢表面上只要有6%的表面吸附有氧可以达到钝化。

而这时薄膜理论无法解释的。

GCr15钢轴承套圈碳氮共渗后表面金相黑色组织分析作者：刘美冬单位：浙江为尚机械有限公司来源：《金属加工（热加工）》杂志当前浙江为尚机械有限公司加工热处理GCr15钢套圈用两台爱协林箱式多用炉做碳氮共渗处理，在生产过程中检验发现表面金相有黑色组织，分析黑色组织可能会导致轴承套圈的疲劳强度和弹性极限降低，因此必须对轴承套圈碳氮共渗进行分析。

经过对轴承套圈碳氮共渗进行金相分析，发现金相组织中除了表面有黑色组织外其余的指标都符合技术要求。

为此，技术人员专门对轴承套圈黑色组织进行了分析研究。

1.GCr15轴承钢的化学成分GCr15轴承钢的化学成分如表1所示。

表1 GCr15轴承钢的化学成分（质量分数）（%）2.GCr15钢表面黑色组织（1）伴随脱碳层的黑色组织淬火加热中，当GCr15钢表面产生程度不同的脱碳时，淬火后（在一定的冷却条件下）其表面会产生一层黑色组织。

不同的生产批次，黑色组织的形态和深度有所不同。

黑色组织轻微时只形成网络状，深度为几十微米到几百微米，严重时则形成层片状+网络状，深度几百微米。

因黑色组织易受硝酸酒精腐蚀变黑，故采用浅腐蚀处理（4%硝酸酒精溶液腐蚀）即可将其清楚地显示出来，如图1所示。

图1 GCr15钢表面脱碳时的网状黑色组织(500×)（2）伴随增碳层的黑色组织淬火加热中，当GCr15钢表面产生不同程度的增碳时，淬火后（在一定的冷却条件下）其表面产生一层黑色组织，其形态深度与受腐蚀程度（4%硝酸酒精溶液腐蚀）和前述基本相同，如图2所示。

图2 GCr15钢表面增碳时的黑色组织(500×)3.黑色组织的本质（1）形态和组织结构光学显微镜下观察到的黑色组织具有网络状或层片状+网络状的形态，其上分布着剩余碳化物颗粒。

黑色组织易受硝酸酒精腐蚀（相当于淬火马氏体），黑色的网络状是沿奥氏体晶界形成的。

从图1、图2可以看出，层片状黑色组织正是由黑色的细网络扩大变粗，几个邻近的网络连接成小黑块，再由小黑块间彼此连接成层片状而形成，所以黑色组织的形成经历了由网络状到小块状再到层片状的发展过程。

黑角轴承套圈发黑处理作业指导书1.目的有效规范轴承套圈发黑的操作，提高套圈的发黑质量和节约发黑成本。

2.适用范围适用于黑边产品套圈毛坯热处理后端面磨加工前的发黑处理工序。

3.具体操作流程如下：3.1发黑操作人员到车间或仓库往装配搬运物料时，应首先确认产品标识情况，确认产品的型号、需要发黑处理的数量、是否有生锈现象等；3.2 在加热发黑液的过程中注意控制发黑液温度，不能让发黑液长期处于沸腾状态；3.3通常对小产品装铁篮子，较大产品用铁丝串成串然后放入相应的溶液中，放置过程要注意轻拿轻放，不能让溶液溅出以免烧伤；3.4在盐酸除锈和发黑后要迅速放入冷水池，以免长时间接触空气引起氧化和二次生锈；冷水池中的冷水要不停循环以免被碱化或酸化；3.5 产品在发黑液中浸泡时间一般为10分钟左右，若10分钟后产品仍然不黑或有发红发黄现象应及时通知相关技术人员；3.6 发黑的质量要求以标准件为标准，目测确认是否合格，不合格的产品可放入发黑液中进行二次发黑，但时间不宜过长；3.7 停止发黑熄火后应分2～3次给发黑液中注入适量清水（10～20L）。

4.发黑液、除油去脂液、皂化液等介质溶液的要求4.1发黑液以氢氧化钠（NaOH）为主，加入适量的亚硝酸钠（NaNO2）和硝酸钠(NaNO3)，具体配比参照水1000kg、氢氧化钠700kg、亚硝酸钠150kg、硝酸钠70kg配比，沸腾后温度控制在130～150摄氏度。

4.2除油去脂液以工业纯碱（NaCO3）水溶液作为介质，加热至沸腾状态浸泡5～10分钟即可。

4.3皂化液即热肥皂水，加热至40～70摄氏度将产品在其中浸洗1分钟左右，以防止产品氧化。

5.其它要求5.1发黑后的产品能有效降低生锈的可能，但应远离酸碱等腐蚀性较强的溶液，以免破坏发黑层。

5.2发黑过程中必须防止产品的磕碰伤。

5.3 由于发黑是强碱加热氧化过程，其过程中会产生较大的刺激性气味，操作人员要尽量避免发黑液蒸气直接喷射到皮肤，以免烧伤或刺激皮肤，若不小心有碱液溅到口中或眼睛等敏感部位，应立即用清水冲洗。

轴承套圈表面瑕疵轴承套圈表面瑕疵可能是由多种因素引起的，具体如下：1. 表面粗糙度不好：可能是由于超精加工时间不够、磨石压力过高、磨石振动频率相对过高、精超精加工工件转速过低等原因造成的。

2. 超精瘤：这是在加工表面形成的凸起颗粒，主要是由于磨削微粒在瞬间高温高压的作用下烧结在被加工表面。

它的存在增大了轴承的振动值，降低了轴承的使用寿命。

产生的原因可能是磨石压力过高、超精加工前表面粗糙度值过高、工件转速过高、切削润滑液冷却不充分、轴承套圈磨削加工的剩磁过大等。

3. 丝子：这是超精加工后被加工表面产生的网状划痕，可能是由于磨石杂质太多、粒度不均匀、切削液有杂质、冲洗不足等原因造成的。

4. 彗星痕：这是由于个别较大金刚石颗粒脱落或堵塞于工件表面的低凹处，随着超精加工压力及工件的旋转形成的。

5. 砂轮花：这可能是由于加工表面磨加工时砂轮花太粗、粗超精加工时工件转速太高、粗超精加工时间太短、粗超精加工时磨石压力太小、磨石摆角过小等原因造成的。

6. 端面轴向窜动量过大：这可能是由于工件偏心量过小导致工件旋转不稳定、径向圆跳动大、磨石摆动中心与工件滚道曲率中心不重合、工件定位时端面支承面上有杂物、磨削工序几何精度不好、工件经过多次返修等原因造成的。

7. 圆度、波纹度不好：这可能是由于工件偏心量过小、精超精加工工件转速过大引起机床振动、磨石宽度不够包角过小、辊棒定位时支承角太小不能驱动套圈正常旋转、磨削工序圆度波纹度过大等原因造成的。

8. 材料质量缺陷：这是决定轴承套圈质量的重要因素，套圈的材料主要有棒材和钢管。

内部缺陷主要有非金属夹杂物、夹渣、显微孔隙、发纹等。

非金属夹杂物是轴承钢冶炼过程产生的无法避免，存在于套圈基体内，成为裂纹源造成套圈早期剥落；夹渣缺陷使套圈过早损坏甚至报废；显微孔隙会极大降低晶粒间的结合力，影响套圈的力学性能，严重的显微孔隙淬火时容易产生裂纹。

以上内容仅供参考，如需获取更多信息，建议查阅轴承套圈表面瑕疵相关书籍或咨询专业人士。

轴承套圈表面的小孔腐蚀轴承套圈表面的小孔腐蚀是怎么形成的近期以来，在轴承生产的各个环节，常发现轴承套圈表面出现单点或多点的准圆形或长圆形黑点状缺陷。

特别是单点缺陷，经常会误认为是材料缺陷，对套圈进行金相制样发现，与材料缺陷不同的是，它们都发生在套圈的表面，内部尖深，内部的显微金相组织并无异常。

进一步的微观分析可知，这些缺陷实质是一种表面局部腐蚀——小孔腐蚀。

小孔腐蚀外观为圆形或长圆形的黑（深灰）点，最大直径一般不超过0.2mm，随机分布且较分散。

将点状缺陷进行纵向解剖，进行显微观察，腐蚀孔的截面形态为腐蚀垂直于表面向纵深发展。

经分析，坑底物质主要是FeCl2？4H2O和Fe3O4，为腐蚀产物。

严重的小孔腐蚀还可能伴生氢脆或应力腐蚀，所以这是一种危害很大的缺陷。

小孔腐蚀形成机理正常情况下，金属表面都有一层钝化膜，保护金属不发生氧化和腐蚀，但由于金属表面存在化学或物理性质的不均匀性，例如较大的成分波动、非金属夹杂、异物粘附、机械损伤、氧化膜裂隙等等，使得表面钝化膜可能被破坏。

失去了钝化膜的金属表面即处于活性溶解状态，此时如果遇到一定浓度的电解质溶液，电解质溶液中的侵蚀性阴离子（如Cl-）会受活性的金属表面阳离子作用而发生电迁移，富集于金属阳极表面，引起金属电极的腐蚀电位升高;当金属阳极腐蚀电位高到一定程度，达到形成腐蚀核的临界值，阳极开始溶解，阳极电流急剧增大，同时在金属表面形成凹坑。

小孔腐蚀预防与处理一般来说，光滑、清洁和干燥的表面上不易发生小孔腐蚀。

轴承零件发生腐蚀的原因有很多，最常见的是潮湿空气、海风海水、汗液的侵蚀，防锈油（脂）氧化变质，以及工序间各种化学处理过程（如酸洗、酸印等）未能及时中和并清洗干净等等；还有目前一些地区环境污染严重，酸雨、酸雾频繁发生，其中富含的硝酸、盐酸使得零件产生小孔腐蚀的倾向大增[3]。

小孔腐蚀的形成必须具备2个条件：金属表面钝化膜有局部破坏和金属表面有侵蚀性阴离子（如Cl-）存在。

钢轴承套圈的失效的原因分析知识分享轴承钢套圈的失效分析摘要：GCr15<220mm，高度H157mm，厚度b12mm14天，套圈表面辊道出现桔皮状条带，凹凸不平，影响正常工作。

检验证明，原材料碳化物呈带状，热处理组织不合格，回火后出现粗大马氏体，导致套圈变形，圆度超标引起的摩擦过烧现象。

关键词：轴承套圈;失效分析;等温淬火GCr15钢制造。

经电炉熔炼真空脱气，由<150～<180mm的棒材锻造成毛坯并扩孔成型(如图1)860±10℃加热，230±10℃等温淬火4h150℃×3h→精磨→成品→磁力探伤→出厂。

要求等温淬火后得到下贝氏体总量(60%～70%)++均匀分布的碳化物，以便消除内应力，稳定工件尺寸，硬度要求≥63HRC。

800KN400KN，转速为130r/min，用铝基314天，套圈外表面出现桔皮状失效现象。

本文就此进行了失效原因分析。

1轴承套圈的失效分析1.1低倍观察图12a为失效部位实物照像，可看出辊道上形成的桔皮状物质，图2b是该部位局部放大像，晶粒粗大，晶界氧化成黑色网，有些部位晶界熔化，形成尖角形孔洞。

“桔皮”下有碳化物聚集现象。

距桔皮面2mm处硬度为54HRC，说明表面脱碳，硬度低于图纸要求。

同时发现桔皮面多处裂纹伸向基体内部。

观察分析认为套圈出现的“桔皮”和脱碳是表面过烧引起的。

图1(箭头处)1.2金相组织观察金相试样取自套圈失效部分，光镜观察发现，钢材的非金属夹杂物较少，个别部分氧化铝超标，根据GB19561—1989评为3～3.521.5～23～3.5级(图3a)(见图3)。

图3b(白色)+(灰色)+下贝氏体(20%～30%)+++碳化物。

图3c为另一种不均匀组织，圆形白色区是未回火的针状马氏体，类似的大小不同的白色圆区在附近成群。

白色圆区周围为稳针马氏体。

白灰色网为针状回火马氏体、残留奥氏体和碳化物，没有明显的下贝氏体。