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舉例調(diào)心滾子軸承裂紋產(chǎn)生原因及軸承網(wǎng)狀碳化物缺陷分析

調(diào)心滾子軸承常見于機械設備上,一個常見的調(diào)心滾子軸承在機械設備中運行時得到嚴重損壞的形貌圖,并分析一下此調(diào)心滾子軸承故障失效的原因。此調(diào)心球軸承主要的故障就是軸承裂紋的產(chǎn)生和網(wǎng)狀碳化物的缺陷。


1、調(diào)心滾子軸承損壞形貌圖介紹

此調(diào)心滾子軸承在運轉過程中導致嚴重損壞,內(nèi)圈表面嚴重燒傷,最終導致軸承失效,無法使用。圖1為此軸承的整體外圈,圖2為此軸承內(nèi)圈碎片及軸套外觀,圖3位此軸承的滾子表面圖,圖4為此軸承的保持架。

圖1 外圈外觀形貌

圖2 內(nèi)圈碎片及軸套外觀形貌

圖3 滾子表面形貌

圖4 保持架外觀形貌

一裂紋從外圈端面延伸至滾道表面( 圖 5) ;外圈滾道上運轉軌跡發(fā)生偏斜,一側磨痕靠近一端面倒角處,另一側磨痕距另一側端面處約30 mm,滾道表面有燒傷現(xiàn)象,如圖 6 所示。

圖5 外圈裂紋形貌

圖6 外圈滾道表面磨痕形貌

4塊內(nèi)圈碎片的表面損壞特征基本相同,取其中一塊進行檢驗。一裂紋橫穿下滾道( 以圖片上下方向分為上滾道和下滾道) 表面至中間擋邊,在下滾道表面輾壓變形痕跡偏向擋邊;上滾道表面發(fā)黑,有燒傷現(xiàn)象和剝落坑,并有間距約58 mm,寬約 17 mm 長短不一的擠壓變形痕跡,如圖 7 所示。

圖7 內(nèi)圈滾道表面損傷形貌

4粒滾子表面腐蝕較嚴重,剩余滾子表面也有銹跡;滾子工作表面均有擠壓變形痕跡( 圖 3) 。保持架表面腐蝕嚴重,其中一件已斷裂( 圖 4) 。


2、調(diào)心滾子軸承裂紋產(chǎn)生原因

通過宏觀和微觀的分析可知,,內(nèi)圈滾道表面輾壓變形痕跡偏向擋邊;軸承工作表面均被燒傷;套圈表面均產(chǎn)生裂紋,同時內(nèi)圈和滾子表面均產(chǎn)生塑性變形,尤其是內(nèi)圈塑性變形區(qū)有大量的細小裂紋。上述現(xiàn)象說明該軸承是由于工作表面被燒傷而變質(zhì),從而產(chǎn)生裂紋并發(fā)生斷裂失效,由此也可以確定軸承的失效模式為熱裂。


機械設備使用在重載、大沖擊載荷、多粉塵等惡劣工況條件下。軸承在工作運轉時發(fā)生偏轉,造成內(nèi)部間隙不足,內(nèi)部滾動體因運動空間的限制,軸承的自動調(diào)心功能受到影響,導致軸承受力不均,一側滾子與滾道產(chǎn)生了擠壓,造成軸承局部受載過大。滾子和滾道之間擠壓摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱,潤滑油無法帶走更多的熱量,致使?jié)L子和內(nèi)、外圈溫度升高。軸承溫升反過來破壞已形成的潤滑油膜,會出現(xiàn)滾子與套圈的干摩擦,產(chǎn)生的熱量越來越多,巨大熱量無法散出,內(nèi)、外圈與滾子溫度急劇升高,尤其是內(nèi)圈滾道近表面層溫度在短時間內(nèi)超過奧氏體化溫度,使內(nèi)圈滾道近表面層進行了二次淬火。


軸承運轉過程中溫度的升高使材料的組織和強度發(fā)生變化,當應力( 包括因二次淬火產(chǎn)生的熱應力) 超過材料的抗拉強度時,材料便會出現(xiàn)裂紋。在后續(xù)的運轉中,裂紋擴展,直至斷裂。


3、調(diào)心滾子軸承網(wǎng)狀碳化物缺陷分析

網(wǎng)狀碳化物的存在會削弱金屬基體晶粒間的聯(lián)系,使軸承鋼的力學性能降低,尤其是耐沖擊性能降低,而且隨著網(wǎng)狀碳化物嚴重程度增加,沖擊韌性和接觸疲勞強度均會降低。該軸承內(nèi)圈部分碳化物網(wǎng)狀已呈封閉狀,在一定程度上降低了內(nèi)圈的抗沖擊性能和接觸疲勞強度。


綜上所述,軸承在運轉中發(fā)生偏轉,導致受力不均產(chǎn)生擠壓摩擦并產(chǎn)生大量的摩擦熱,熱量使內(nèi)、外圈及滾子溫度升高,使材料物理性能發(fā)生變化,產(chǎn)生裂紋,這是導致軸承在運轉過程中發(fā)生失效的主要原因;另外,內(nèi)圈碳化物網(wǎng)狀不合格,在一定程度上降低了內(nèi)圈的力學性能,則是導致內(nèi)圈失效的潛在因素。


為避免此現(xiàn)象的產(chǎn)生,在安裝時,應將軸承安裝到位,使其處于正確位置并調(diào)整徑向游隙,避免游隙過大;另外,還要注意在軸承運轉過程中應使?jié)櫥冀K處于良好狀態(tài)等。

(來源:中華軸承網(wǎng))



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