高溫軸承滾珠失效的原因

鋼珠是軸承零件中的關鍵部件,軸承正常轉動時,主要是滾動摩擦,所以對軸承表面完整性有很高的要求,尤其是航空軸承,主要用在轉速快、溫度高等惡劣條件下,對軸承中滾珠的壽命提出了更高的要求,滾珠一旦出現損傷,會對軸承的旋轉精度產生嚴重影響。

某軸承在執行159min時出現異常,拆套後檢查發現1粒滾珠表面存在裂紋,內圈、外圈等處未見明顯異常。

常見滾珠失效現象主要有剝落、磨損、碎裂等,一般滾珠失效都是軸承故障後引起。本次失效軸承執行時間較短,且較早的發現了滾珠表面缺陷,如果發現不及時,軸承再執行一段時間,該滾珠缺陷位置會形成大面積剝落,缺陷會跟著剝落一起脫落,造成剝落源丟失,可以導致對故障的根本原因造成誤判,所以針對類似剝落現象要充分全方面考慮其剝落的根本原因。

分析過程

一、外觀檢查

滾珠表面可見一處長條狀裂紋,中間寬、兩頭尖細,長度約為4。6mm寬度約0。6mm,裂紋表面呈淺灰色,其宏觀形貌及區域性放大圖如下:

高溫軸承滾珠失效的原因

二、微觀觀察

高溫軸承滾珠失效的原因

滾珠裂紋呈長條狀(如上圖),對靠近裂紋端部的I區進行觀察。根據形貌特徵,將I區分為A、B、C區。A區表面光滑沒有斷口形貌,區域性光滑表面有小坑,個別位置還存在擠壓變形留下的條紋,B區有明顯斷裂特徵,表面有疲勞擴充套件產生的條帶,A、B區之間存在明顯的分界線,C區斷裂特徵明顯,斷口主要為韌窩(如下圖圖三)。

高溫軸承滾珠失效的原因

對裂紋II區進行觀察,斷口中心有明顯的分界,如下圖:對標記位置放大觀察,發現其與I區表面狀態相似均較光滑;其餘位置斷裂特徵明顯,存在疲勞條帶如下圖。

高溫軸承滾珠失效的原因

裂紋表面成分分析

透過對故障滾珠裂紋、完好球面進行成分分析,結果見下表

高溫軸承滾珠失效的原因

故障滾珠裂紋區含有o,含量較低,完好球面未檢測到O的存在 。

金相組織觀察

經顯微鏡觀察,故障滾珠裂紋邊緣組織與心部組織無差異,組織均為回火馬氏體+碳化物(圖5)淬回火組織符合標準要求

高溫軸承滾珠失效的原因

裂紋位置判定

該軸承滾珠採用熱壓成形,熱壓後會形成兩極和一個環帶,成品滾珠經50%鹽酸水溶液,加熱到80℃,洗30min後,可顯現出兩極,缺陷位於一個極的邊緣,具體位置見圖6

高溫軸承滾珠失效的原因

硬度檢測

滾珠的硬度檢測結果見下表、硬度均勻,符合技術要求

高溫軸承滾珠失效的原因

透過以上分析可知:故障滾珠失效性質為疲勞開裂

鑄錠中的孔洞在後續加工過程中被拉長、壓扁而儲存下來,以微裂紋形式存在於鋼材內部,由於其存在亞表面、接觸應力較大區域,從而成為裂紋源,導致疲勞開裂。