常见轴承失效分析

对常见轴承失效分析的探讨

摘要：轴承是社会生产最为关键的的零部件之一，同时也是最为损伤的零部件之一，所以，对于轴承的失效分析尤为重要，本文结合作者的工作经验主要阐述了轴承的失效分析，仅供参考。

关键词：轴承；失效分析

一、轴承在生产中概述

轴承是广泛应用于机械设备的零部件，是配套的精密零件，同时也是最易损坏的元件之一。按轴承工作的摩擦性质来分，可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）。其中滚动轴承最常见，它一般由内、外两个套圈、一组滚动体和一个保持架组成。本文结合工程案例主要分析了轴承的失效形式以及其改进的原因。

二、轴承损伤和失效的形式

轴承在工作中丧失其规定的功能，导致故障或不能正常工作的现象称为失效。轴承的失效可分为正常失效和早期失效两种。按其损伤机理大致可分为：接触疲劳失效、磨损失效、断裂失效、塑性变形失效、腐蚀失效和游隙变化失效等几种基本形式。

1.接触疲劳失效

接触疲劳失效是滚动轴承最常见的失效形式，是轴承表面受到交变应力的作用而产生的失效。滚动轴承在高接触应力作用下，通过多次的应力循环后，在套圈或滚动体工作表面的局部区域产生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，从而引起振动，噪声增大，温

度升高，磨损加剧，最终导致轴承不能正常工作的现象称为接触疲劳失效。根据材质、工作条件、润滑条件等因素，接触疲劳失效可分为点蚀与剥落。点蚀是由于表面出现麻点而失效，通常有非进展性和进展性之分，前者通常不影响轴承的使用，但如果使用一段时间后，由于某种原因，使点蚀不断扩展，进而形成进展性点蚀，表面会出现大面积的微剥落，最后使轴承失效。剥落是在次表面产生疲劳裂纹，然后扩展至表面，使金属成片状脱落，可分为浅层剥落和硬化层剥落。

2.磨损失效

工作过程中，轴承零件之间相对滑动摩擦导致工作表面金属不断损失的现象叫磨损。持续的磨损会使轴承零件尺寸和形状变化，配合游隙增大，工作表面形貌恶化而丧失旋转精度，由此引起工作温度升高、振动、噪声、摩擦力矩增大等，导致轴承不能正常工作的现象叫磨损失效。磨损可分为：磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、微动磨损和疲劳磨损等，其中常见的是磨粒磨损和粘着磨损。磨粒磨损是由于外界硬质颗粒或碎裂的金属进入轴承滚道而引起的磨损。其磨损表面有被磨粒摩擦留下的细槽痕迹，或因压溃而出现的麻点。粘着磨损是一组相对运动的表面金属，由于直接接触使材料从一个表面转移到另一表面的现象。

3.断裂失效

滚动轴承的内外圈、滚动体和保持架，在一定的条件下都可能出现危害性很大的断裂失效。断裂的主要原因有过载和缺陷两大因

素。由于外加载荷超过轴承零件材料强度极限，造成轴承零件断裂称为过载断裂。另外，由于轴承零件存在着微裂纹、缩孔、气泡和大块外来夹杂物等缺陷，在正常载荷作用下，也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。

4.塑性变形失效

在外力和环境温度作用下，轴承零件表面局部塑性流动或整体塑性变形，致使整套轴承不能正常工作而造成的失效称为塑性变形失效，包括保持架翘曲、塑性划痕、压痕。

5.腐蚀失效

轴承零件金属表面同环境介质发生化学或电化学反应，造成的表面损伤和轴承的失效称为腐蚀失效，包括锈蚀、电蚀等。腐蚀在轴承零件表面造成氧化膜或腐蚀孔洞，使表面呈现局部或全部变色。硬脆松散的氧化膜和腐蚀反应物在载荷作用下剥落，轴承表面生成腐蚀坑造成工作表面粗化，进而形成腐蚀磨损或腐蚀疲劳磨损失效。

三、案例分析：磨损烧伤造成的轴承早期失效

1.失效轴承的检查

某厂生产的3211atn1/v1轴承，试验至86 h时轴承损坏，经拆套后发现轴承内圈偏离沟道中心处圆周方向表面剥落，且沟道有因缺乏润滑油而导致的温升着色痕迹（图1）；轴承外圈、钢球、保持架完好无损。

2.金相分析

对失效的轴承内圈进行常规的金相检验及分析，各项指标均符合标准规定。为此，做进一步的冷酸洗检验，结果发现内圈沟道边缘处有局部磨削烧伤，同时对未试验的轴承内圈也进行酸洗检验，结果偏离滚道中心处也有磨削烧伤（图2）。

3.失效分析

首先对该厂生产的此类轴承内圈沟道的车、磨加工过程加以分析：轴承内圈沟道半径ri值，磨加工技术要求为（6. 54±0. 02）mm；车加工技术要求为（6. 41±0. 02） mm，滚道半径相差0. 13mm。这在正常加工条件下是不足以导致磨削烧伤的。轴承内圈沟道的粗磨量约占整个沟道磨量的三分之二，粗磨量较大，由于砂轮过硬、磨削进给量太大等原因，可使磨削区域的局部瞬时温度过高。若此大量的磨削热不能及时被冷却液冷却，将会使轴承内圈沟道磨削表面层的组织发生变化，磨削区域温度低于轴承钢的相变点ac1时，将使沟道表面层造成高温回火烧伤。还有磨加工沟道半径大于车加工沟道半径，这样使沟道边沿处在粗磨过程中先接触砂轮，因而导致沟道边沿处烧伤严重，且在后续加工过程中烧伤层没有被磨去。磨削烧伤破坏了原金相组织结构，从而导致轴承沟道表面的弹性、韧性、强度大大降低，也使其表面形成了残余的拉应力，易引起疲劳裂纹，随着裂纹的不断扩展进而导致剥落。磨削烧伤极大地降低了滚动轴承的接触疲劳寿命。

4.改进措施

磨削烧伤主要是由于砂轮过硬、磨削进给量太大等原因造成的。

因此，在粗磨轴承沟道过程中应采取有效的措施，严格按照工艺操作规程进行加工，严禁砂轮过硬和粗磨进给量过大。可相应增加砂轮的修磨频次等来防止磨削烧伤。

四、结语

随着科学技术的不断的发展，整个设备对轴承等零部件的工艺考究更加精确，对于轴承的试验检测而言，就要求我们更加的深入分析其失效的具体原因，才能更好的总结出改进措施，确保企业设备正常、安全和完好运转。