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    濟南凱孚瑞軸承有限公司

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    什么原因導致SKF斯凱孚軸承出現腐蝕裂紋?

    作者:凱孚瑞軸承   時間:2019-01-08 10:14:27   瀏覽次數:

      

    根據軸承失效分析,軸承白色腐蝕裂紋(WEC)的根源可以 追溯至軸承滾動接觸疲勞 以及 加速滾動接觸疲勞.

    對于過早剝落的軸承,有兩個物理參數會加速滾動接觸疲勞:




    應力高于預期作用于軸承的應力可能高于預期。 意外的動力或溫度效應可導致短時重型載荷,使結構變形產生高預載荷。 軸承散裝材料的結構應力(如,因形狀偏差、不對中或其他因素)增加了材料應力。 滾道應力提高也可能因嚴重的摩擦接觸條件(例如,邊緣負載、低油膜厚度和/或滑動條件)結合特定潤滑劑而造成。


    強度低于預期

    什么原因導致SKF斯凱孚軸承出現腐蝕裂紋?

    軸承的材料強度可能受到環境因素的不利影響,疑似生成了氫。 這些可能包括水污染、腐蝕、雜散電流和其他因素。 在這些情況下,中等的載荷條件可能導致提前失效(圖 1)。




    盡管材料科學界仍在討論之中,軸承失效分析的下述詳細結果有力地證明 WEC 發生在故障鏈的末尾,并且是失效軸承裂紋網絡的自然結果。




    SKF油脂圖 1滾動接觸疲勞


    對于小型、高載荷且長期運行的軸承(很高的周期疲勞),已知軸承可一直運行多個疲勞階段,直至失效。


    第一個階段是穩固階段,導致微塑性變形、硬化并最終導致殘余應力積聚。 穩固期間,軸承表面可能出現一些微塑性變形,粗糙處被平滑化。


    穩固之后,軸承壽命的主要部分開始了,其特點是微結構的逐漸變化。 在這一階段,碳化物分布因微塑性變形而發生變化。 此外,保留的粗糙處可能腐蝕,所有微結構變化均伴有殘余應力的積聚。



    在軸承滾動接觸疲勞的高級階段,可發現灰色腐蝕區域(DER)和白色腐蝕、高角度帶(HAB)和低角度帶(LAB)(圖 2)。 盡管 HAB 和 LAB 也是白色腐蝕,但相比軸承過早失效中出現的異常 WEC 外形,其具有不同的外觀。 因此得出結論:異常 WEC 外形不是 RCF(滾動接觸疲勞)的一部分。 然而,相比于過早失效中觀察到的腐蝕區域,這些白色腐蝕區域的微結構在水晶結構方面非常不同。


    對于中-大型軸承,上述效應的發生方式不一定與小型、重載軸承相同。 與其他機械部件相同,這些軸承一般因最薄弱的環節損壞而失效(即,材料結構中預先存在的偏差,例如,雜質和開孔)。 正如 ISO/TR 1281-2_2008 中所解釋的,當軸承尺寸大于 100 mm 軸承平均直徑時,疲勞極限將隨之降低。 此外,將較小型軸承的接觸壓力效應與較大型軸承進行比較時,受影響的應力容量在較大型軸承重出現上升,薄弱環節的不利影響亦是如此。 其中一個例子便是雜質,雜質是所有軸承鋼的自然組成部分。


    20世紀60年代有了滾動接觸疲勞軸承中出現 WEC 的報告(另請參考 WEC 在20世紀80年代的作品, 圖 3a)。 中-大型軸承的后期調查(來自高加速壽命測試或耐久性測試)確認延伸性異常 WEC 網絡的出現是滾動接觸疲勞軸承的一個天然副產品(圖 3b)。


    SKF油脂(圖 2SKF油脂圖 3aSKF油脂圖 3b加速疲勞(過早剝落)——了解驅動因素


    過早剝落(通常被解釋為工業中的 WEC 失效)和軸承滾動接觸疲勞之間的差異可在開始剝落前發生不同事件所需的時間范圍內觀察到。 此外,根據軸承失效分析結果,與耐久性測試或普通滾動接觸疲勞相比,過早失效通常與多個位置/區域的初始裂紋有關(圖 4)。




    軸承鋼初始裂紋的發生原因可能各不相同,這些裂紋可在較高應力下加速惡化,或因環境影響(例如,氫侵入鋼內)而導致強度下降(圖 1) 一旦產生裂紋核(有時候與灰色腐蝕區域(DER)有關),各裂紋面的摩擦過程會導致材料從裂紋一側向另一側轉移。 這會導致蜿蜒型裂紋,加速裂紋接收側的白色腐蝕微結構。


    白色腐蝕區域(WEA)的發展也取決于裂紋在次表面中的方向,這可能與內部作用力和變型模式有關。 正因如此,WEA 通常出現在橫向裂紋中(與滾道平行),而裂紋的縱向部分的 WEA 通常較少。 此外,WEA 的產生取決于裂紋面之間的間隔、應力周期的數量以及材料的內應力狀態。 (圖 5)







    SKF油脂圖 4SKF油脂圖 1SKF油脂(圖 5)


    測試為軸承過早失效和 WEC 提供了新的見解


    與多個外部合作伙伴開展了關于軸承過早失效和 WEC 的研究,包括 SKF 大學技術中心。 針對現場軸承、耐久性測試和 WEC 測試開展了多項調查。 盡管尚未完全解釋清楚并且研究仍在進行當中,我們發現 WEC 可以再生和發現,并且與下列測試條件有關:


    中-大型軸承的耐久性測試(滾動接觸疲勞)


    軸承環所受應力高于普通結構張應力的軸承測試


    短時重載荷下的軸承測試


    暴露于水污染下的軸承測試(圖 6)


    使用特定潤滑劑的混合摩擦和高動力滑動條件下的軸承測試(圖 7)


    采用充氫部件的軸承測試


    承受電流損傷(電腐蝕)的軸承


    研究結果


    所有軸承過早失效現象均獨一無二: 沒有“唯一的根源”,所有失效案例均需要根據相應的運行條件進行研究。


    可以找到應對措施以顯著提高軸承性能。

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