轴承伪压痕与电蚀的区分及对策

轴承伪压痕与电蚀的区分及对策

国家轴承质量监督检验中心

随着主机用户对轴承质量的重视，近年来针对轴承失效分析也越来越多，平均每年轴承质检中心进行的失效分析和废品分析案例都在100例左右。在进行的失效分析案例中，较为典型的轴承分析案例包括军工、铁路、风电、变速箱、电机等等。而在这两年进行的分析案例中，电机轴承占据了较大比重。

电机轴承失效模式多数与其他轴承类似，基本集中在：滚动表面的剥落、套圈的断裂、磨损、润滑失效、烧伤等方面。但是，电机轴承由于其使用工况的特殊性（例如转动不平衡，存在电流等情况），在失效形式上也存在特殊的案例。比如滚道表面波纹状凹槽导致的轴承失效就是电机轴承较为典型的失效形式。在近两年进行的失效分析案例中，滚道表面出现波纹状凹槽造成的电机轴承失效共计7例，其中地铁、机车电机轴承就有6例。这样的波纹状凹槽通常是电蚀或伪压痕造成的，由于这两者的形貌类似，有时很难区分，必须通过必要的检测手段加以辨识，以找出其失效的真正原因。

一、伪压痕与电蚀的现象

在ISO15243标准中，对于伪压痕（也称“伪布氏压痕”）和电蚀是做如下定义的：

1.1 伪压痕：零部件周期性振动时，由于弹性接触面的微小运动和（或）回弹，滚动体和滚道接触区将出现伪压痕。根据振动强度、润滑条件或载荷的不同，腐蚀和磨损会同时产生，在滚道上形成浅的凹陷。对于静止轴承，凹陷出现在滚动体节距处，并常变成淡红色或发亮。（形貌见图1）

图1 轴承外圈滚道表面伪压痕

1.2 电蚀：电蚀是由于电流的通过造成接触表面材料的移失。电压过大时，当电流通过滚动体和润滑油膜从轴承的一个套圈传递到另一套圈时，由于绝缘不适当或绝缘不良，在接触区内会发生击穿放电。在套圈和滚动体之间的接触区，电流强度增大，造成在非常短的时间间隔内局部受热，使接触区发生熔化并焊合在一起。当电流泄漏（电蚀波纹状凹槽）时，表面损伤最初呈现浅环形坑状，一环形坑与另一环形坑位置接近并且尺寸很小。即使电流强度相对较弱也会发生这种现象，随着时间的推移，环形坑将发展为波纹状凹槽。只能在滚子和套圈滚道接触表面发现这些波纹状凹槽，钢球上则没有，只是颜色变暗。这些波纹状凹槽是等距的，滚道上的凹槽底部颜色发暗。（形貌见图2）

图2 轴承内圈滚道表面电蚀痕迹

1.3 伪压痕与电蚀表面形貌比较类似，均为波纹状凹槽，通常俗称“搓衣板表面形貌”。按照ISO15243标准中说明，伪压痕与电蚀形貌的主要区别是：振动造成的波纹状凹槽底部发亮或被腐蚀，而电流通过造成的凹槽底部则颜色发暗。电流引起的损伤还可通过滚动体上也有波纹状凹槽这一现象予以识别。

但在实际工作中，按照ISO15243标准来区别伪压痕与电蚀形貌是比较难的。

在实际工作中，我们通常通过下述方法来予以区别。

二、伪压痕与电蚀的区分

伪压痕主要是由振动造成的材料腐蚀或磨损，而电蚀是由电流通过时局部受

热造成的材料熔融。通过这一区别可用两种方法对其进行区分：

2.1 扫描电镜

利用扫描电镜，可以将波纹状凹槽进行放大，当表面形貌放大至1000倍以

上时，可以清楚的看到凹槽表面的晶粒、晶界状况，通过对晶粒的观察，即可区分伪压痕与电蚀。伪压痕形成的凹槽表面晶粒没有熔融形貌，只存在表面磨损痕迹（见图3）；而电蚀形成的凹槽表面晶粒存在明显的熔融状态（见图4）。通过这一特征可对二者进行区分。

图3 伪压痕表面 图4 电蚀表面

2.2 金相法

也可以通过金相法对二者进行区分，将有凹槽的部分切开，经过金相制样、腐蚀，

可以看到：伪压痕形成的凹槽表面只是存在磨损，金相组织通常和内部组织相同，没有异常（见图5）；而电蚀形成的凹槽表面曾被高温烧融过，所以会在凹槽表面产生高温变质层，但是由于电蚀是在短时间内的金属熔融，高温变质层会很薄，所以在制作金相试样时应当保证边缘处的平直（见图6）。此外，发生电蚀的轴承，在滚动体表面、滚道表面的金相样品中，均会发现高温变质层的存在。

图5 伪压痕处金相试样图6 电蚀处金相试样

2.3 当轴承是外圈固定、内圈旋转状态时，外圈表面的伪压痕凹槽通常只在承载区内存在，而电蚀凹槽通常会在整个外圈滚道面内存在。此外，电蚀后的滚动体表面颜色通常较暗。这也是通过外观予以初步区分的方法，但是准确的区分还是以扫描电镜和金相法为准。

通过以上的方法，可以对电机轴承表面波纹状凹槽的形成原因做出准确的判断。

三、对策

由于伪压痕和电蚀都是电机轴承比较常见故障原因，而消除此类故障，可采取以下措施

3.1 伪压痕故障主要是由于机器振动所造成的，所以只要消除或减小整机的振动（在结构中增加减震设计）、施加一定的预紧力减轻振动或者选用合适的润滑剂等措施即可消除、减轻伪压痕的故障。

3.2 电蚀故障主要是由于轴承中电流通过，所以消除电蚀故障的方法是在电机结构上加装接地设施或采用绝缘性能更好的轴承来通过杜绝电流通过。