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双列调心滚子轴承失效分析

发表时间:2023-12-20 11:20:05   点击数量:93

双列调心滚子轴承失效分析

摘要: 某轴承套圈在使用过程中出现早期失效,通过宏观检查、化学成分分析、金相检验、材料及热 处理质量检测,对其产生失效的原因进行了分析。结果表明: 该套圈使用过程中轴向受力异常是导 致套圈早期失效的直接原因。

某轴承用户反映有一套特大型双列调心滚子轴 承在使用过程中发现套圈出现早期失效。该轴承材 料为 GCr15SiMn 钢,其加工工艺过程为: Φ300 mm 原材料进厂超探→下料段→锻造成型→球化退火→车加工→热处理→探伤→磨加工→探伤→装配入库。本研究采用理化检验分析方法对其早期失效原因进 行分析。

1、 理化检验

1.1 、宏观检查

失效轴承见图 1,轴承油脂呈黑色粘稠状,外圈外径面有明显锈蚀痕迹并出现严重断裂和裂纹,断裂局部有掉块痕迹,表面裂纹呈网状分布。对失效轴承进行拆套后分别观察轴承各零件,保持架基本完好。

1.1.1 、外圈

外圈滚道局部形貌见图 2。外圈样块一侧滚道 ( 简称 A 滚道) 剥落较为严重,剥落主要集中在滚道两侧边缘位置。其中滚道内侧边缘剥落大小约为 7 cm × 12 cm,为深层剥落,剥落处已经过多次碾压,无法准确定位初始剥落位置。但根据滚道剥落分布 以及扩展特征形貌判断,剥落应起源于滚道边缘位 置。另一侧滚道面( 简称 B 滚道) 损坏程度相对较 轻,滚道面分布大量片状压坑,无明显剥落痕迹。

A 滚道外侧边缘局部有掉块现象,掉块已缺失, 掉块断口呈多次、多源疲劳扩展特征,其起始位置位 于滚道剥落部位,滚道剥落及边缘掉块形貌分别如 图 3、图 4 所示。

观察外圈断裂断口面,断口面整体污损严重,见图5。清洗后对断口面进行观察,断口主要以疲劳扩 展形式向纵深扩展断裂,断口面有明显的疲劳扩展 弧线存在,并且疲劳扩展弧线存在交叉现象,表明该 断口为多源疲劳扩展断口。壁厚较大位置处的心部 区域,断口形貌呈延塑形且有明显的分层现象。根 据断口扩展延伸方向以及损坏摩擦痕迹分析,其初 始断裂起始位置位于 A 滚道剥落严重部位,见图 6。

1.1.2 、内圈

样块内圈滚道及挡边外观形貌见图 7。内圈滚 道面分布大量点状或片状压坑,挡边均有明显摩擦 磨损痕迹,内圈1滚道压坑的数量和深度均要比内圈 2 严重,两样块滚道均未发现明显剥落掉块。

1.1.3 、滚子

轴承所有滚子基本完好,滚子外侧端面有不同 程度的摩擦磨损痕迹,局部有金属粘着现象,见图8。滚子外径面边缘有明显剥落现象,剥落区域宽约3 cm,见图 9。

1.2、化学成分分析

对套圈及滚子分别进行取样,试样尺寸大小为15 mm × 15 mm × 15 mm,采用直读光谱仪法进行化 学成分分析,检验结果见表 1,其化学成分均符合 GB /T 18254—2016 中 GCr15SiMn 标准要求。

1.3 、金相检验

在 A 滚道面其中一处断裂源位置截取断口试 样,在扫描电镜下观察,其断口为典型的接触疲劳断 口,其上有贝壳状疲劳扩展弧线分布[1 - 2],断口表面 有磨损现象,断裂源处未发现材料夹杂物等缺陷,见 图 10。

1.4 、材料及热处理质量

制取套圈及滚子纵横截面金相试样后,在光学显微镜下观察,依据材料标准 GB /T 18254—2016 及 热处理标准 JB /T 1255—2014 进行评定,检测结果分 别见表 2 和表 3。检测结果均符合标准要求。

2 、分析讨论

外圈、内圈及滚子样块材料质量、热处理质量均 符合标准要求。外观检查发现该轴承的主要失效特征表现为轴 承外圈出现断裂,断裂断口呈多源疲劳扩展断口。外圈 A 列滚道表面损坏较严重,深层剥落集中于滚 道两侧边缘位置,滚道外侧边缘出现掉块现象。由 此可以推断,轴承在运转过程中滚子与外圈滚道存 在异常接触,直接导致滚道边缘在滚子的大载荷碾 压下局部应力集中[3 - 5]并产生严重疲劳剥落。

内圈滚道和外圈 B 列滚道面分布大量的压坑或压痕,与 A 列滚道表面相比,B 列滚道表面较为良 好。由此可以看出轴承在运转过程中存在严重的轴 向偏载现象,导致两列滚道受力不均。内、外圈滚道面分布的压坑或压痕是由于滚道 剥落物落入油脂后遭反复多次碾压所致。

3 、结论

该套轴承在运转使用过程中由于承受较大轴向 载荷,导致外圈单列滚道与滚子的接触受力异常,造 成该列滚道表面严重损伤和疲劳剥落,进而导致外侧滚道边缘沿剥落处产生掉块*终引起轴承损坏。



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