某型号轴承套圈在初磨后酸洗时发现滚道有白斑出现，轴承材料为G13Cr4Mo4Ni4V高温渗碳轴承钢，该材料主要用于航空发动机轴承，工作温度可达315℃。该轴承套圈的加工工艺为：车加工→渗碳→高温回火→返车加工→二次淬火→高温回火→粗磨→酸洗。

1.轴承套圈形貌及理化检验方法

粗磨酸洗后滚道及其挡边应为均匀的灰黑色，缺陷套圈酸洗后白斑主要分布于滚道及档边处，如图1所示。

分别在轴承套圈白斑处和正常处切取试样，试样的截面为金相组织观察面。金相试样经机械打磨和抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀，用奥林巴司GX-51金相显微镜观察渗碳层的显微组织和碳化物分布形态，以确定组织是否合格及网状碳化物是否超标。应用ARL4460型直读光谱分析仪分析试样的化学成分，确定其成分是否合格。采用BUEHLER MICROMET 5124型显微硬度计检测其硬度及渗碳层深度，确定其渗碳层表面硬度及渗碳层深度。

图1 套圈酸洗后形貌

2.试验结果与分析

（1）化学成分分析

化学成分分析结果见附表。分析结果表明，化学成分符合标准YB4106-2000《航空发动机用高温渗碳轴承钢》要求。

G13Cr4Mo4Ni4V化学成分（质量分数）（%）

（2）渗碳层热处理组织对比

高温渗碳轴承钢渗碳热处理后，渗碳层表面显微组织应为隐晶马氏体、残余奥氏体和均匀分布的碳化物，不得有网状碳化物和粗大的碳化物。

分别垂直剖取滚道白斑和正常处制成金相试样，采用奥林巴司GX-51金相显微镜观察滚道两试样的显微组织和碳化物，颜色正常处滚道表层显微组织为隐晶马氏体、残余奥氏体和均匀分布的碳化物，未发现网状碳化物和粗大碳化物，见图2a；白斑处滚道表层显微组织为隐晶马氏体和残余奥氏体，未发现网状碳化物和粗大碳化物，见图2b。

（a）颜色正常处滚道截面显微组织

（b）白斑处滚道截面显微组织

图2  滚道表层显微组织照片

采用4%硝酸酒精溶液擦拭白斑处截面试样，未发现有二次淬火烧伤。

（3）表面硬度和渗碳层深度

采用BUEHLERMICROMET 5124型显微硬度计检测滚道正常处和白斑处试样的硬度及硬度梯度，确定两试样表面硬度及渗碳层深度。滚道颜色正常处试样的硬度梯度曲线见图3a，滚道白斑处试样的硬度梯度曲线见图3b。

由图3a、3b比较可得，滚道颜色正常处表面硬度为700HV，约60HRC，渗碳层深度为1.28mm；滚道白斑处表面硬度为639HV，约56.5HRC，渗碳层深度为0.96mm。

（a）滚道颜色正常处截面硬度梯度

（b）滚道白斑处硬度梯度

图3滚道横截面硬度梯度

（4）表面碳含量

采用ARL4460型直读光谱分析仪测试正常和白斑处滚道试样表面的碳含量，正常处滚道表面碳含量为0.91%，白班处滚道表面含碳量为0.73%。

3.结果与讨论

根据上述分析可知，轴承套圈材料化学成分合格；滚道颜色正常处表面硬度为60HRC，渗碳层深度为1.28mm，表面含碳量为0.91%；滚道白斑处表面硬度为56.5HRC，渗碳层深度为0.96mm，表面含碳量0.73%；滚道白斑处表层金相组织为隐晶马氏体和残留奥氏体，未发现残留碳化物，且表面含碳量低于正常处，可以确定轴承套圈滚道局部区域碳含量偏低引起酸洗后出现白斑。

轴承套圈白斑区域滚道表面硬度较低，且渗碳层深度较浅，轴承接触疲劳寿命会大大降低，在轴承的使用过程中易产生剥落引起早期失效。