特大型軸承外圈早期失效原因分析

某軸承用戶反映有一套特大型雙列調心滾子軸承軸承在使用過程中發(fā)現(xiàn)外圈滾到出現(xiàn)早期失效，該套軸承圈用于水泥立磨輥，工作環(huán)境較差。該型號材料為GCr15SiMn鋼，其加工工藝過程為：φ300mm原材料進廠超聲波探傷→下料段→鍛造成形→球化退火→車加工→熱處理→探傷→磨削加工→探傷→裝配入庫?，F(xiàn)筆者對其進行理化檢驗分析，找出失效原因。

1.理化檢驗

（1）宏觀檢驗

外圈經氣割取樣，滾道面整體有摩擦磨損現(xiàn)象，局部區(qū)域有不規(guī)則孔洞，除此以外未發(fā)現(xiàn)其他異常。

（2）化學成分分析

對外圈進行取樣，大小為15mm×15mm×15mm，采用直讀光譜儀進行化學成分分析，其化學成分符合GB/T18254—2016中GCr15SiMn標準要求。

（3）金相檢驗

首先，低倍觀察。制取孔洞部位斷口試樣口后觀察，可見斷口表面粗糙，上有閃閃發(fā)光的晶粒棱面，除此以外，還分布有孔洞，俗稱“豆腐渣”斷口。

制取試樣任意截面后低倍觀察，可見表面有大量孔洞分布，邊緣呈尖角狀，個別孔洞深不見底。

（a）斷口 （b）金相宏觀形貌

其次，金相觀察。制取孔洞部位截面金相試樣后在OLYMPUSGX51顯微鏡下觀察，可見截面上有大量不規(guī)則尖角狀孔洞分布，邊緣有氧化，個別孔洞深不見底。

最后，掃描電鏡斷口分析。制取孔洞部位斷口后，在JSM-6610LV掃描電鏡下觀察，可見斷口上分布有大量有尖角狀孔洞，孔內局部有金屬熔融形貌。

（4）材料及熱處理質量檢測

制取外圈縱橫截面金相試樣后，在光學顯微鏡下觀察，依據(jù)材料標準GB/T 18254—2016及熱處理標準JB/T 1255—2014進行評定。

2.分析討論

通過對該套圈宏觀檢驗、成分分析、金相檢驗以及材料與熱處理質量檢驗，認為該套圈表面缺陷為過燒孔洞，可以確定該套圈存在過燒現(xiàn)象。

經查，對該批套圈棒料進廠檢驗時未發(fā)現(xiàn)原材料缺陷，由此可以確定該孔洞為鍛造過程中形成的。

軸承套圈在鍛造時如果加熱溫度超過工藝溫度的上限，在此溫度保溫時間又很長，則材料會過熱，嚴重時過燒，不但表面層金屬晶界被氧化開裂，而且金屬內部成分偏析較嚴重的區(qū)域，晶界也開始熔化，形成尖角狀洞穴。在這種狀態(tài)下進行鍛造，材料受到重錘的鍛打，使工件產生撕裂，形成較大的孔洞，此種缺陷大部分出現(xiàn)在倒角、端面和內徑上。鍛造過燒套圈的表面形態(tài)如桔子皮，上面分布有細小的裂縫和很厚的氧化皮。

由于套圈存在過燒孔洞，過燒組織破壞了晶界，極大地割裂了基體的連續(xù)性，降低材料的強度和塑性，增加脆性。由于套圈鍛造后表面有很厚的氧化皮，在該工序很難發(fā)現(xiàn)過燒現(xiàn)象，只有在車加工或者磨加工后才可能顯現(xiàn)出過燒特征。

3.結論及建議

（1）該外圈存在嚴重的過燒孔洞是造成外圈早期失效的直接原因。

（2）過燒孔洞主要形成于套圈鍛造前加熱過程，由于加熱爐“跑溫”、操作人員沒有嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程等原因導致加熱溫度高于工藝溫度上限，應該通過定期校準爐溫曲線、操作人員嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程，嚴查工藝紀律等手段降低過燒概率。

1. 增加探傷工序，宜采用熒光磁粉進行探傷，使缺陷顯示更為清晰，麻點孔洞為鍛造過燒缺陷所致，發(fā)現(xiàn)過燒套圈，應立即報廢。

(運轉世界大國龍騰 龍出東方 騰達天下 龍騰三類調心滾子軸承 劉興邦C E MB MA)

特大型調心滾子軸承偏載失效案例詳情

這里的調心滾子軸承是使用在某風力發(fā)電機上的主軸軸承，據(jù)了解，該大型調心滾子軸承在使用過程中承受了較大的軸向載荷，從而導致調心滾子軸承偏載，整套軸承無法進行調心，造成軸滾道表面剝落，最終導致軸承失效的。

1、調心滾子軸承偏載失效宏觀形貌

該調心滾子軸承一側靠近近齒輪箱， 標為A側；另一側靠近葉片，標為B側。外圈兩側滾道表面A側存在淺層剝落及碾壓痕跡，部分區(qū)域表面變色，其端面靠外徑面?zhèn)却嬖谥芟蜻\轉磨損痕跡；另一側滾道表面存在周向磨損痕跡及多條軸向壓痕，如圖1a所示。外徑表面存在微動腐蝕痕跡，如圖1b所示。

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圖1? 調心滾子軸承外圈部分形貌

內圈兩側滾道表面A側存在多處剝落，碾壓嚴重;B側運轉磨損痕跡不明顯；兩端擋邊存在擠壓、磨損痕跡，如圖2a所示。內徑表面存在明顯的微動腐蝕痕跡，如圖2b所示。

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圖2 失效軸承內圈部分形貌

對軸承內圈A側滾道剝落處觀察發(fā)現(xiàn)，剝落以圖示箭頭方向由A側外擋邊側沿軸向向內擴展，如圖3所示。

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圖3 軸承內圈剝落形貌

A側滾子工作表面存在剝落，碾壓嚴重，表面變色；B側滾子兩端及中間區(qū)域存在周向運轉磨損痕跡，如圖4所示。

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圖4 失效軸承部分滾子形貌

A側保持架兜孔內存在大量金屬碎屑及較深擠壓痕跡及運轉磨損痕跡，部分兜孔邊沿存在卷邊現(xiàn)象； B側保持架兜孔內有極少量金屬屑，擠壓痕跡及運轉磨損痕跡較輕，如圖5所示。

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圖5 失效軸承保持架兜孔

2、導致調心滾子軸承偏載失效的原因分析

1）調心滾子軸承在安裝、使用中如果受到較大的軸向載荷，使得單側滾道承載較大，容易產生軸承卡死、旋轉不靈活、無法調心等不良影響，導致軸承失效。

2）該調心滾子軸承外圈、內圈的A側滾道剝落、碾壓嚴重，內圈剝落由A側外擋邊沿軸向向內擴展，并且A 側滾子滾動面也存在剝落、磨損痕跡，以及該側的保持架碾壓嚴重，說明軸承在使用中受到了較大的軸向載荷，導致軸承偏載，一側滾道承載較大，另一側滾道承載較小，無法進行調心，造成軸承套圈A側滾道及該側滾子工作表面疲勞剝落，最終導致軸承失效。

3）由該軸承內圈內徑表面軸向等間距微動腐蝕痕跡看出，軸承在運轉過程中振動較大或者與主軸配合面不夠緊密，接觸表面作微小往復擺動，表面微凸體氧化并被磨掉，產生微動腐蝕。

4）另外，軸承外圈兩處淬回火屈氏體組織不符合標準要求，說明該外圈熱處理工藝不當，產生了不合格的屈氏體組織，降低了軸承的使用壽命。

5）剝落處碾壓嚴重，說明軸承剝落后并沒有停止運轉，繼續(xù)運轉一段時間，直至軸承溫度升高，溫度檢測器報警。

3、調心滾子軸承失效主要原因

調心滾子軸承在使用過程中承受較大的軸向載荷，使得單側滾道承載較大，導致軸承偏載。整套軸承在運轉過程中，無法調心，造成軸承套圈滾道及滾子工作表面疲勞剝落，導致軸承失效，此調心滾子軸承使用過程中發(fā)生偏載，是軸承失效的主要原因，由于熱處理可不當，軸承外圈產生不合格的屈氏體組織，降低了軸承的使用壽命。

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