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举例调心滚子轴承裂纹产生原因及轴承网状碳化物缺陷分析

举例调心滚子轴承裂纹产生原因及轴承网状碳化物缺陷分析


调心滚子轴承常见于机械设备上,一个常见的调心滚子轴承在机械设备中运行时得到严重损坏的形貌图,并分析一下此调心滚子轴承故障失效的原因。此调心球轴承主要的故障就是轴承裂纹的产生和网状碳化物的缺陷。


1、调心滚子轴承损坏形貌图介绍

此调心滚子轴承在运转过程中导致严重损坏,内圈表面严重烧伤,最终导致轴承失效,无法使用。图1为此轴承的整体外圈,图2为此轴承内圈碎片及轴套外观,图3位此轴承的滚子表面图,图4为此轴承的保持架。

图1 外圈外观形貌

图2 内圈碎片及轴套外观形貌

图3 滚子表面形貌

图4 保持架外观形貌

一裂纹从外圈端面延伸至滚道表面( 图 5) ;外圈滚道上运转轨迹发生偏斜,一侧磨痕靠近一端面倒角处,另一侧磨痕距另一侧端面处约30 mm,滚道表面有烧伤现象,如图 6 所示。

图5 外圈裂纹形貌

图6 外圈滚道表面磨痕形貌

4块内圈碎片的表面损坏特征基本相同,取其中一块进行检验。一裂纹横穿下滚道( 以图片上下方向分为上滚道和下滚道) 表面至中间挡边,在下滚道表面辗压变形痕迹偏向挡边;上滚道表面发黑,有烧伤现象和剥落坑,并有间距约58 mm,宽约 17 mm 长短不一的挤压变形痕迹,如图 7 所示。

图7 内圈滚道表面损伤形貌

4粒滚子表面腐蚀较严重,剩余滚子表面也有锈迹;滚子工作表面均有挤压变形痕迹( 图 3) 。保持架表面腐蚀严重,其中一件已断裂( 图 4) 。


2、调心滚子轴承裂纹产生原因

通过宏观和微观的分析可知,,内圈滚道表面辗压变形痕迹偏向挡边;轴承工作表面均被烧伤;套圈表面均产生裂纹,同时内圈和滚子表面均产生塑性变形,尤其是内圈塑性变形区有大量的细小裂纹。上述现象说明该轴承是由于工作表面被烧伤而变质,从而产生裂纹并发生断裂失效,由此也可以确定轴承的失效模式为热裂。


机械设备使用在重载、大冲击载荷、多粉尘等恶劣工况条件下。轴承在工作运转时发生偏转,造成内部间隙不足,内部滚动体因运动空间的限制,轴承的自动调心功能受到影响,导致轴承受力不均,一侧滚子与滚道产生了挤压,造成轴承局部受载过大。滚子和滚道之间挤压摩擦产生大量的摩擦热,润滑油无法带走更多的热量,致使滚子和内、外圈温度升高。轴承温升反过来破坏已形成的润滑油膜,会出现滚子与套圈的干摩擦,产生的热量越来越多,巨大热量无法散出,内、外圈与滚子温度急剧升高,尤其是内圈滚道近表面层温度在短时间内超过奥氏体化温度,使内圈滚道近表面层进行了二次淬火。


轴承运转过程中温度的升高使材料的组织和强度发生变化,当应力( 包括因二次淬火产生的热应力) 超过材料的抗拉强度时,材料便会出现裂纹。在后续的运转中,裂纹扩展,直至断裂。


3、调心滚子轴承网状碳化物缺陷分析

网状碳化物的存在会削弱金属基体晶粒间的联系,使轴承钢的力学性能降低,尤其是耐冲击性能降低,而且随着网状碳化物严重程度增加,冲击韧性和接触疲劳强度均会降低。该轴承内圈部分碳化物网状已呈封闭状,在一定程度上降低了内圈的抗冲击性能和接触疲劳强度。


综上所述,轴承在运转中发生偏转,导致受力不均产生挤压摩擦并产生大量的摩擦热,热量使内、外圈及滚子温度升高,使材料物理性能发生变化,产生裂纹,这是导致轴承在运转过程中发生失效的主要原因;另外,内圈碳化物网状不合格,在一定程度上降低了内圈的力学性能,则是导致内圈失效的潜在因素。


为避免此现象的产生,在安装时,应将轴承安装到位,使其处于正确位置并调整径向游隙,避免游隙过大;另外,还要注意在轴承运转过程中应使润滑始终处于良好状态等。

(来源:中华轴承网)



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