轴类零件的失效分析和预防
轴的失效形式和原因分析
轴的失效形式与特征轴是各种机械中最为普通而不可缺少的重要零件，根据使用条件的差异，轴有很大不同的类型，按其功能和所受载荷的不同，一般可分为心轴、转轴和传动轴三类。
心轴主要承受弯矩而不承受扭矩，它只能旋转零件起支撑作用，并不传递动力。
传动轴主要承受扭矩，其基本功能只传输动力，而转轴既承受弯矩又承受扭矩，它兼有支撑与传输动力的双倍功能。
由于各类轴自身的材质、结构和承载条件不同、运行环境和使用操作的差异可能发生各种不同类型的失效时有发生，失效的形式和特征也各异。
一.疲劳断裂疲劳断裂是指轴在交变应力的作用下，经过多次反复后发生的突然断裂。
是轴类零件在其服役过程中主要的失效形式。
轴在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，反映在宏观形态上属于脆性断裂。
断口形貌有其本身的特征，在宏观形貌上可分为三个区域：图1 疲劳断裂示意图1）疲劳源区：通常是指断口上的放射源的中心点，源区表面细密光滑，多发生于轴的表面。
由于表面常存在缺口、刀痕、沟槽等缺陷，导致应力集中，从而诱发疲劳裂纹。
疲劳断口上可能只有一个疲劳裂纹源，也可能出现几个裂源。
疲劳源区有时存在疲劳台阶，这是由于不同高度的多源疲劳裂纹在其扩展过程中连接形成的。
2）疲劳扩展区：是断口上最重要的特征区域，海滩花样（贝壳花样、疲劳弧线、疲劳条带）的存在是鉴别疲劳断裂的宏观依据。
有时必须借住高倍的电子显微镜才能观察到疲劳条带。
根据弧线数量和间距可以略微地判断零件所承受交变应力幅值，弧线规律分布表示交变载荷是平稳的。
承受应力状态、工作环境以及材料性质的不同，疲劳裂纹扩展的形貌所异。
每条疲劳条带表示载荷的一次循环，条带间距离与外加载荷的应力幅值有关。
当交变载荷变化不大、零件内的残余应力很小时，往往不出现弧线或不明显，所以不是所以疲劳断口有存在疲劳条带，低周疲劳断口有时可呈现韧窝状，有时也可出现轮胎花样（图2），所以疲劳条带并不是疲劳断裂的唯一显微特征。
高频疲劳断口或腐蚀疲劳断口上的疲劳条带比较模糊，较难判断。
轴承的失效分析 毕业论文
轴承的失效分析一、设计（论文）的原始依据：运用所学的机械设计基础课程的理论，以及有关先修课程的知识完成《轴承失效分析》毕业设计课程。
二、设计内容和要求：1.了解机械设计的过程；2.了解零件失效分析理论和方法；3.培养独立分析问题和解决问题的能力；4.培养撰写论文的能力。
主题：轴承的失效分析目录：摘要 (6)关键词 (6)滚动轴承的基本特点 (7)1.优点 (7)2.缺点 (7)滚动轴承的分类 (7)1.按滚动轴承结构类型分类 (7)2.按滚动轴承尺寸大小分类 (8)滚动轴承类型的选择 (9)1.载荷的大小、方向和性质 (9)2.允许转速 (9)3.刚性 (9)4.调心性能和安装误差 (9)5.安装和拆卸 (9)6.市场性 (10)滚动轴承的代号 (10)1.基本代号 (10)轴承失效分析方法 (10)1.失效实物和背景材料的收集 (10)2.宏观检查 (11)3.微观分析 (12)滚动轴承故障的振动信号分析诊断方法 (12)1.滚动轴承故障的简易诊断法 (12)2.滚动轴承故障的精密诊断法 (13)谢词 (13)参考文献 (13)摘要：将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承（rolling bearing）。
滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。
其中内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
在分析轴承失效的过程中，往往会碰到许多错综复杂的现象，各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清，这就需要经过反复实验、论证，以获得足够的证据或反证。
只有运用正确的分析方法、程序、步骤，才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析大体可分为以下三个步骤：失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
失效论文
轴类零件失效分析摘要：对工程中普通轴类零件的断裂失效机理和原因进行了分析，阐述了轴弯曲和扭转断裂的特征、裂纹萌生部位及扩展方向。
为设计、选材、冶金质量和工艺研究提出解决问题的方向。
关键词：轴失效应力断裂0 前言轴一般是作为传递力的构件，通常它承受弯曲载荷、扭转载荷或弯扭复合载荷,在一些机构中轴也承受拉压载荷。
轴在工作过程中可以因疲劳、弯曲、扭转或拉伸应力而断裂，但疲劳断裂是轴的普遍断裂形式。
轴上附着装配其它零件的位置往往是危险的部位，破坏可能由此产生。
1 轴的弯曲断裂轴弯曲断裂不论是由简单过载荷引起的，还是由疲劳载荷而引起的，都有着相同的应力取向。
弯曲应力引起的断裂有3个明显的特征[ 1 ]：①最大施加应力位于轴的表面(图1)；②断裂的裂纹垂直于拉伸应力（图2），而拉伸应力出现在弯曲的一边(图3)；③断裂源一般出现于轴的表面上，有时也出现于亚表面处。
图1 轴弯曲断裂时裂纹产生和扩展的方向示意图图2 尖锐圆角轴疲劳断裂时的蝶形断口示意图图3 轴弯曲时的轴向应力分布图1显示柱状轴和阶梯轴在单向弯曲过载荷中裂纹是怎样取向的。
应力峰台阶或刀痕起着限定弯曲裂纹位置的作用。
因为在应力峰处应力最高，裂纹往往在此萌生。
无旋转的反复弯曲疲劳的轴，裂纹在轴的两个对边产生，因为每一边都经受交替拉伸和压缩应力，它们所受的力，其状态是均等的。
旋转弯曲疲劳中，裂纹萌生于围绕圆周的任一位置。
在较高应力或较高应力集中下，裂纹可能在周围多个位置上萌生。
例如[ 2]，有一减顶泵，泵轴材料为3Cr13马氏体不锈钢，在工作过程中承受着一个交变的旋转弯曲载荷作用，在泵轴键槽底部的蚀坑处发生断裂。
断口明显地分为三个区：裂纹起始区、扩展区及瞬时静断区。
图4为断口三区示意图，扩展区有河流状花样，没有明显的塑性变形迹象，属于脆性断裂。
所以失效泵轴的断裂，是在交变载荷的作用下，在泵轴键槽底部表面的蚀坑处，产生了严重的缺口效应，形成很高的局部应力集中，而引起的疲劳断裂。
轴承故障检测、诊断、分析技巧
为了尽可能长时间地以良好状态维持轴承本来的性能，必须保养、检测、检修、以求防事故于未然，确保运转的可靠性，提高生产性、经济性。
对长期运行中的设备来讲，平时的检测跟踪尤为重要，检测项目包括轴承的旋转音、振动、温度、润滑剂的状态等，根据检测结果，设备维护人员可以准确地判断设备的问题点，提早作出预防和解决方案。
一、异常旋转音分析诊断异常旋转音检测分析是采用听诊法对轴承工作状态进行监测的分析方法，常用工具是木柄长螺钉旋具，也可以使用外径为20mm左右的硬塑料管。
相对而言，使用电子听诊器进行监测，更有利于提高监测的可靠性。
轴承处于正常工作状态时，运转平稳、轻快，无停滞现象，发生的声响和谐而无杂音，可听到均匀而连续的“哗哗”声，或者较低的“轰轰”声。
异常声响所反映的轴承故障如下：1、轴承发出均匀而连续的“咝咝”声，这种声音由滚动体在内外圈中旋转而产生，包含有与转速无关的不规则的金属振动声响。
一般表现为轴承内加脂量不足，应进行补充。
若设备停机时间过长，特别是在冬季的低温情况下，轴承运转中有时会发出“咝咝沙沙”的声音，这与轴承径向间隙变小、润滑脂工作针入度变小有关。
应适当调整轴承间隙，更换针入度大一点的新润滑脂。
2、轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声，这种声音是由于滚动体和内外圈滚道出现伤痕、沟槽、锈蚀斑而引起的。
声响的周期与轴承的转速成正比。
应对轴承进行更换。
3、轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声，这种声音是由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。
声响强度较小，与转数没有联系。
应对轴承进行清洗，重新加脂或换油。
4、轴承发出连续而不规则的“沙沙”声，这种声音一般与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。
声响强度较大时，应对轴承的配合关系进行检查，发现问题及时修理。
二、振动信号分析诊断轴承振动对轴承的损伤很敏感，例如剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等都会在轴承及振动测量中反映出来。
所以，通过采用特殊的轴承振动测量器（频率分析器等）可测量出振动的大小，通过频率分布可推断出异常的具体情况。
机械零件的失效分析-学习领悟
机械零件的失效分析失效：零件或部件失去应有的功效零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作很不安全；③虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
一般称呼失效大多是特指零件的早期失效，即未达到预期的效果或寿命，提前出现失效的过程。
失效分析：探讨零件失效的方式和原因，并提出相应的改进措施。
根据失效分析的结果，改进对零件的设计、选材、加工和使用，提高零部件的使用寿命，避免恶性事故的发生，带来相应的经济效益和社会效益。
一、零件的失效形式失效形式分3种基本类型：变形、断裂和表面损伤。
1、变形失效与选材（机件在正常工作过程中由于变形过大导致失效）①弹性变形失效（由于发生过大的弹性变形而造成的零件失效）弹性变形的大小取决于零件的几何尺寸及材料的弹性模量。
金刚石与陶瓷的弹性模量最高，其次是难溶金属、钢铁，有色金属则较低，有机高分子材料的弹性模量最低。
因此，作为结构件，从刚度及经济角度看，选择钢铁是比较合适。
②塑性变形失效（零件由于发生过大的塑性变形而不能继续工作的失效）塑性变形失效是零件中的工作应力超过材料的屈服迁都的结果。
一般陶瓷材料的屈服强度很高，但脆性非常大，因此，不能用来制造高强度结构件。
有机高分子材料的强度很低，最高强度的塑料也不超过铝合金。
因此，目前用作高强度结构的主要材料还是钢铁。
2、断裂失效①塑性断裂零件在受到外载荷作用时，某一截面上的应力超过了材料的屈服强度，产生很大的塑性变形后发生的断裂；②脆性断裂脆性断裂发生时，事先不产生明显的塑性变形，承受的工作应力通常远低于材料的屈服强度，所以又称为低应力脆断；③疲劳断裂在低于材料屈服强度的交变应力反复作用下发生的断裂称为疲劳断裂；④蠕变断裂在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加，最后由于变形过大或断裂而导致的失效；3、表面损伤①磨损失效磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式逐渐磨耗，而使零件尺寸不断变小的一种失效方式。
硬化轴断裂的失效分析
样品经 4%的硝酸酒精溶液侵蚀后，在金相显 微镜下观察，可见轴圆柱面有一层深度约 1mm 的 渗碳硬化层，未完全覆盖至转角位，自断口处量起 约有 1mm 区域未经硬化处理，如见图 7 所示，微 观金相显示与硬度测试结果相吻合。断口近表面处 金相组织为回火索氏体+少量铁素体，如图 8 所示， 心部金相组织为回火索氏体+贝氏体+少量铁素体， 如图 9 所示。
黄佳建 张越 曾志斌：硬化轴断裂的失效分析
硬化轴断裂的失效分析
黄佳建 张越 曾志斌
(广船国际计量检测中心)
摘 要：某公司材料为 20CrMnTi 硬化轴，运行不足两周，轴转角处发生断裂，截取断裂轴样品，进行化学成 分分析、力学性能检测、断口分析、硬度测试和金相检验。结果表明：硬化轴热处理工艺不佳，强度低于设计 要求，且在表面渗碳处理时未覆盖转角位，导致硬度急剧下降，当轴高速运转时，转角位应力集中引发疲劳断 裂。 关键词：硬化轴；断裂；热处理；失效 DO I ：10 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 2 0 95 - 4 5 0 6 . 2 0 2 1 .0 2 .0 15
图 1 失效硬化轴形貌
1 理化检测
1.1 化学成分分析 在断裂硬化轴上切取化学分析试样，采用美国
热电 ARL3460 型火花直读光谱仪分析硬化轴的化 学成分，如表 1 所示。对照 GB/T 3077-2015《合金 结构钢》标准中 20CrMnTi 的技术要求，该硬化轴 化学成分符合规范要求。 1.2 力学性能检测
图示
裂纹边缘
机械零件的失效分析
u : 弹性能
u
1
2
e e
1
2 e
2E
4. 塑性 是指材料断裂前发生塑性变形的能力。常用
断后伸长率和断面收缩率来衡量材料的塑性。
断后伸长率 LL0 100%
L0
断面收缩率 A0 A100%
A0
显然，断后伸长率和断面收缩率越大，材料的 塑性越好。
5. 硬度 表征材料软硬程度的性能，具体来说是指材
其他材料的应力－应变曲线 1–纯金属, 2–脆性材料, 3–高弹性材料
二、静载性能指标
1. 刚度 —零（构）件受力时抵抗弹性变形的能力，它
等于材料弹性模量与零（构）件横截面积的乘积。
单向拉伸(或压缩):
E F A EA F
纯剪切:
G F A G A F
第一章机械零件的失效分析
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
2. 零件失效的原因：为了预防零件失效，必须做到设 计正确，选材恰当和工艺合理。为此，我们不仅要 熟悉零件的工作条件，掌握零件的受力和运动规律， 还要把它们和材料的性能结合起来，即从零件的工 作条件中找出其对材料的性能要求，然后才能做到 正确选择材料和合理制定冷、热加工的技术条件及 工艺路线。 而研究零件各种形式的失效是深刻了解零件工作 条件的基础。
FAILURE ANALYSIS OF MACHINE ELEMENTS
3. 常见的失效方式
过量变形 Excessive deformation 断裂 Fracture 疲劳 Fatigue 磨损 Wear 高温蠕变 High temperature creep 腐蚀 Corr形
齿轮油泵传动轴断裂机理分析及预防措施
４ 防止断裂措施和建议
结合上述疲 劳断裂机理 的分析 ， 建议采取如下措施防止类似
断裂事故的再次发生 ： （ １ ） 严 密 监 控传 况 ， 尽
在周 期性转矩作用 下， 应力集 中处的初始微裂纹不断发生扩 展。 当裂纹扩展 到一定尺 寸后， 传动 轴的剩余部 分不足 以承 受载 荷 的作用 ， 因此发生瞬 时断裂 ， 最后导致整个 传动轴发 生疲劳断 裂。 由于轴受扭转应力作用时 ， 最大应 力方 向为环 向， 因此裂纹扩 展沿着 与轴线 垂直的方 向进 行， 最终形成 的断 口整体呈现正断特
系金属材料工程专业 ， 大四在校 生。
（ 上接 ７ ６页 ）
［ ３ ］ 张 厚美 ； 薛佑 刚 ．岩 石可 钻性表 示 方法探 讨 ［ Ｊ ］ ．钻 井工
艺 ，１ ９ ９ ９ ， １ ３ （ １ ）： １ ０ — １ ３ ．
Ｚ ｈ ａｎ ｇ Ｈ ｏ ｕ ｍｅ ｉ ． Ｘ ｕ ｅ Ｙ ｏ ｕｇ ａ ｎ ｇ． Ｒｏ ｃ ｋ ｄ ｒｉ ｌ １ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
ｌ ｎ ｍ
应进行表面 处理。 具有相似 作用的常用表面处理方法 包括 ： 激光
图 ８疲 劳裂纹扩展三个阶段示意图
熔覆 、 热喷涂 、 电镀 、 化学镀等 ， 这 些技 术在零件表 面处理方 面应
技术 也相对成熟 ， 建议在 以后类似 的传 动轴发 生相似损 第 １阶段通常是起 始于金属 表面 的初始裂 纹处， 扩展方 向为 用很 广， 以提高备用件 的使用 寿命 。 最大切应 力方 向 （ 与主应 力成 ４ ５度角 ） ， 沿晶面 向内扩展 。 由于 坏时有选择地采用相应技术 ， 不 同的晶粒 的位 向不 同， 并且存在在 晶界的阻碍作 用， 因此随着 裂 纹的 向内扩展 ， 其扩 展方 向逐渐转 向和主应 力垂直 。 第 一阶段 的裂 纹扩展深度 很小 ， 通常约为几个 晶粒范 围。 若表面 受到力 的 作用 ， 则会导致很难观察到第一阶段的裂纹扩展 。 疲劳 裂纹扩 展第 １ Ｉ阶 段的 主要特 征是裂 纹扩 展方 向与主 应力相垂直 ， 当承 受扭转载荷 时， 该 主应 力方 向为传 动轴 的环 向 （ 或切 向 ） ， 与该方向垂直的方 向为轴向或径 向， 在本例 中这一方 向为径 向， 即垂 直于轴 向的截 面。 在这一阶段 ， 裂 纹尖 端的塑性区
轴的失效形式和原因分析
轴的失效形式和原因分析轴的失效形式与特征轴是各种机械中最为普通⽽不可缺少的重要零件，根据使⽤条件的差异，轴有很⼤不同的类型，按其功能和所受载荷的不同，⼀般可分为⼼轴、转轴和传动轴三类。
⼼轴主要承受弯矩⽽不承受扭矩，它只能旋转零件起⽀撑作⽤，并不传递动⼒。
传动轴主要承受扭矩，其基本功能只传输动⼒，⽽转轴既承受弯矩⼜承受扭矩，它兼有⽀撑与传输动⼒的双倍功能。
由于各类轴⾃⾝的材质、结构和承载条件不同、运⾏环境和使⽤操作的差异可能发⽣各种不同类型的失效时有发⽣，失效的形式和特征也各异。
⼀.疲劳断裂疲劳断裂是指轴在交变应⼒的作⽤下，经过多次反复后发⽣的突然断裂。
是轴类零件在其服役过程中主要的失效形式。
轴在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，反映在宏观形态上属于脆性断裂。
断⼝形貌有其本⾝的特征，在宏观形貌上可分为三个区域：图1 疲劳断裂⽰意图1）疲劳源区：通常是指断⼝上的放射源的中⼼点，源区表⾯细密光滑，多发⽣于轴的表⾯。
由于表⾯常存在缺⼝、⼑痕、沟槽等缺陷，导致应⼒集中，从⽽诱发疲劳裂纹。
疲劳断⼝上可能只有⼀个疲劳裂纹源，也可能出现⼏个裂源。
疲劳源区有时存在疲劳台阶，这是由于不同⾼度的多源疲劳裂纹在其扩展过程中连接形成的。
2）疲劳扩展区：是断⼝上最重要的特征区域，海滩花样（贝壳花样、疲劳弧线、疲劳条带）的存在是鉴别疲劳断裂的宏观依据。
有时必须借住⾼倍的电⼦显微镜才能观察到疲劳条带。
根据弧线数量和间距可以略微地判断零件所承受交变应⼒幅值，弧线规律分布表⽰交变载荷是平稳的。
承受应⼒状态、⼯作环境以及材料性质的不同，疲劳裂纹扩展的形貌所异。
每条疲劳条带表⽰载荷的⼀次循环，条带间距离与外加载荷的应⼒幅值有关。
当交变载荷变化不⼤、零件内的残余应⼒很⼩时，往往不出现弧线或不明显，所以不是所以疲劳断⼝有存在疲劳条带，低周疲劳断⼝有时可呈现韧窝状，有时也可出现轮胎花样（图2），所以疲劳条带并不是疲劳断裂的唯⼀显微特征。
⾼频疲劳断⼝或腐蚀疲劳断⼝上的疲劳条带⽐较模糊，较难判断。
预防性维护系列04-故障分析与预防性维护的七个阶段
计划维护的七大步骤
主要活动2
之3步：暂行基准的拟定（2）
拟定定期维护主体的暂行基准，并开始检查 设备维护基准
计划维护的七大步骤
之3步：暂行基准的拟定（3）
化方式做成设备维修暂行基准。 • 点检周期采用年度与月份方式，并可擦拭。
why 为什么 为什么链轮齿会用损坏？ 为什么驱动链会在齿上滑落？ 为什么链会松弛？ 为什么链没有链接在同一平面上 为什么没有检查程序？ answers 回答 驱动链在齿上滑落 链已松弛 链没有链接在同一平面上 没有检查程序 没有人意识到PM检查的重要性
action 行动 设置检查窗口 设置检查标识 恢复链接平面 设置P-M检查程序（维护和操作工 对操作工实行一点课
重要度选定基准
机械设备维护等级 区 分 生 产 用 编 号 1 2 项 目 嫁动状况如何？ 故障时有无其他 替代用机器？
根据生产、质量、维护 上的观点，从设备的重 要度分级以及维护记录 的分析结果，选定A级 设备的MTBF短而故障 慢性化的设备作为示范 机。
第0步骤的结论 • 示范机为5面加工用加工中心，可进 行多面加工，因此，要求具有稳定的 无人加工功能。 • 进口设备的原制造厂已经不存在， 所以必须由自己的公司予以应对。
5个why分析法-（4）
现象：合上开关后OHP的1#灯泡烧掉
why 为什么 why(1)：为什么合上开关后灯泡会烧掉？ why(2)：为什么电流会超过设计标准？ why(3)：为什么会有电流脉冲？ why(4)：为什么电路会过载？ why(5)：为什么没有提供更多的插座？ answers 回答 电流量超过设计标准 有一电流脉冲 电路过载 没有足够的插座 没有意识到一个插座不够用。
未满5年 （16%） 5-10年 (21%) 11年以上 (63%)
40Cr泵轴断裂失效分析
图 １ 断 口 宏 观 形 貌
图 ２ 键 槽 边 缘 处 裂 纹
将图１中的 断 口 部 位 线 切 割 取 样,样 品 编 号 为１号~４ 号,如 图 ３ 所 示. 采 用 体 视 显 微 镜 观 察２号样品的轴 芯 孔 处,可 见 其 螺 纹 孔 齿 表 面 上 有 较 为 严 重 的 机 械 损 伤 ,如 图 ４ 所 示 . ������������������������������������������������������������������
收 稿 日 期 :２０１８Ｇ０７Ｇ０６. 作者简介:王辉,１９８６年毕业于 东 北 工 学 院 (现 东 北 大 学)金 属物理专业,学士,长 期 主 要 从 事 石 化 装 置 设 备 检 验 及 技 术 管 理 工 作 ,工 程 师 . Email:wanghui３６４０３２１＠sina．com. 基金项目:国家重点 研 发 计 划 «非 铁 磁 性 材 料 脉 冲 涡 流 与 微 磁检测关键技术研究及仪器 研 制»(编 号:２０１７YFF０２０９７０１) 项目资助
摘 要:通过化学成分分析、机械性能试验、微观组织分析和断口 SEM 观察等方法,对４０Cr泵轴断裂的 原因进行了分析研究.结果表明:带状组织和魏氏体组织使轴的屈服强度和抗拉强度下降,芯部螺纹孔的 机 械加工损伤、材料中的非金属夹杂物等缺陷处形成应 力 集 中,在 内 应 力 以 及 外 加 扭 矩 载 荷 的 作 用 下,萌 生 微 裂 纹 并 进 一 步 扩 展 ,最 终 导 致 了 泵 轴 的 脆 性 断 裂 .
关 键 词 :４０Cr合 金 结 构 钢 泵 轴 带 状 组 织 魏 氏 体 组 织 脆 性 断 裂 doi:１０．３９６９/ji．ssn．１００６－８８０５．２０１８．０５．００４
轴承产品缺陷分析报告
轴承产品缺陷分析报告滚动轴承和滑动轴承是应用在转动设备中应用最为广泛的机械零件，是轴及其它旋转构件的重要支承。
在日常的使用与维修中发现，轴承同时也是最容易产生故障的零件，对轴承零件的缺陷预测与分析具有很高的经济价值，所以轴承工作状态实时监控和诊断的研究受到广泛重视。
由于滚动轴承与滑动轴承在缺陷方面有许多共同点，缺陷分析方法可以通用，所以本文以讨论滚动轴承作为重点。
1.滚动轴承常见缺陷故障由于滚动轴承在实际生产中应用广泛，其产生的故障现象也多种多样，常见的有疲劳剥落、过量的永久变形和磨损。
1.疲劳剥落轴承在正常的条件下使用，内圈、外圈和滚动体上的接触应力是变化的，工作一段时间后，接触表面就可能发生疲劳点蚀，以致造成疲劳剥落。
所以疲劳剥落是轴承的正常失效形式，它决定了轴承的工作寿命。
2.过量的永久变形轴承在转速很低或者间歇往复摆动的工作状态时，在过大的静载荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服强度，以致在表面发生过大的塑性变形，使轴承不能正常工作3.磨损在润滑不良和密封不严的情况下，轴承工作接触面容易发生磨损，转速越高，磨损越严重。
磨损会使轴承的游隙增加，振动和噪声增大，各项技术性能急剧下降，导致轴承失效。
此外，轴承还有胶合、烧伤、轴圈断裂、滚动体压碎、保持架磨损和断裂、锈蚀等失效形式。
在正常的使用条件下，这些失效是可以避免的，因此称为非正常失效。
2.轴承缺陷诊断方法轴承缺陷常用诊断分析方法可概括为以下几种：（1）检测润滑油温度、轴承温度及主油道润滑油压力波等物理参数（2）油样分析包括理化分析、污染度测试、发射光谱分析、红外线分析和铁谱分析（3）振动分析（4）声发射（AE）分析以上各种方法各有其特点，能够在一定程度上反应轴承缺陷。
第一种方法安装传感器简单、成本低但不实用，主要原因是测量温度有其滞后性，不能实时预测轴承缺陷。
油样分析只能测量油润滑轴承，但不能测量脂润滑轴承。
轴承损坏原因分析手册
轴承损坏原因分析手册1. 前言2. 轴承的使用使用注意事项配合轴承安装轴承运转检查3. 轴承的诊断管理运转中检查与故障处理轴承的滚动声轴承的振动轴承的温度润滑4 轴承的检查5 运行轨迹与加载荷的方法6 轴承的损伤与对策剥离剥皮卡伤擦伤断裂裂纹、裂缝保持架的损伤压痕梨皮状点蚀磨损微振磨损假性布氏压痕蠕变烧伤电蚀生锈、伤痕安装伤痕变色1. 前言首先非常感谢各位对“HRB”产品给与的厚爱。
此次，我们将新编《“HRB”轴承损坏原因分析手册》一文奉献给广大顾客，以便对大家在预防轴承早期损伤，选择适合使用条件的轴承，进行正确安装和使用，以及准确的润滑等中有所帮助。
滚动轴承在使用过程中由於本身品质和外部条件的原因，其承载能力，旋转精度和减摩能性能等会发生变化，当轴承的性能指标低於使用要求而不能正常工作时，就称为轴承损坏或失效，轴承一旦发生损坏等意外情况时，将会出现其机器、设备停转，功能受到损伤等各种异常现象。
因此需要在短期内查处发生的原因，并采取相应措施，当然，滚动轴承损坏的情况比一般机械零件的损坏要复杂得多，滚动轴承损坏的特点是表现形式多，原因复杂，轴承的损坏除了轴承设计和制造的内在因素外，大部分是由於使用不当，例如：选型布适合（参见顾客须知）、支承设计不合理，安装不当，润滑不良，密封不好等外部因素引起的。
研究滚动轴承损坏的形成和原因具有重要的意义，一方面可以改进使用方法，正确地使用轴承，充分发挥轴承应有的效能，另一方面有助於开发性能更好的新产品。
本文中除了敍述滚动轴承使用中注意事项、安装方法、运转监察等外，还着重介绍轴承损坏的形式和原因及应采取的对策。
2.轴承的使用使用注意事项滚动轴承使精密零件，因而在使用时要求相应地持慎重态度，既变使用了高性能的轴承，如果使用不当，也不能达到预期的性能效果，所以，使用轴承使应注意以下事项：保持轴承及其周围环境的清洁。
即使肉眼看不见的微笑灰尘进入轴承，也会增加轴承的磨损，振动和杂讯。
零件失效分析与预防高级研修班讲义
零件失效分析及预防高级研修班讲义第一章零件的失效及其危害性一、零件的失效失效零件由于某种原因，导致其尺寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能。
如：沙发弹簧弹性丧失汽车变速箱齿轮磨损电动机轴断裂二、零件失效的危害性1、零件失效，导致机械不能正常工作，降低生产效率，降低产品质量，误工误事。
例：冷冲模具磨损失效2、零件失效，导致机械不能工作，停工停产，造成重大经济损失。
例：黄河家峡水电站22.5万千瓦水轮发电机风叶掉脱，刮坏全部定子线圈，直接损失257万元。
3、零件失效，导致机毁人亡第二章零件失效分析工作容和意义一、零件失效分析零件失效分析:判断零件失效性质、分析零件失效原因、研究零件失效的预防措施的技术工作。
二、零件失效分析工作容1、判断零件失效性质畸变失效、断裂失效、磨损失效、腐蚀失效。
2、分析零件失效原因设计、材料、加工、装配、使用、维护。
3、研究零件失效的预防措施修改设计？更换材料？改进加工？合理装配？正确使用？及时维护？三、零件失效分析意义1、减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生，提高产品质量，提高产品竞争力。
如：汽车拉杆断裂失效及热处理工艺改进2、分析机械零件失效原因，为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。
3、为企业技术开发、技术改造提供信息，增加企业产品技术含量，从而获得更大的经济效益。
第三章零件失效形式一、畸变失效尺寸畸变或体积畸变(长大或缩小)形状畸变(如弯曲或翘曲) 发生畸变的零件不能承受所规定载荷，不能起到规定的作用，与其他零件的运转发生干扰，导致零件失效。
1、弹性畸变失效不恰当的弹性变形量导致失效。
●受拉、压的杆类零件，过大的弹性畸变量导致支承件(如轴承)过载。
●受弯、扭的轴类零件，过大的弹性畸变量会造成轴上啮合零件的严重偏载，啮合失常，甚至咬死，导致传动失效；2、塑性畸变失效外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形(永久变形)。
滚动轴承常见的失效形式及原因
滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等;一,疲劳剥落疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳;滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落;点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象,但形状尺寸很小,点蚀扩展后将形成疲劳剥落;疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面．轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等;这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释;目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以内部次表面为起源产生的疲劳剥落;2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落;3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果;疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等;具体因素如下：A、制造因素1、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的,这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等;在设计时,由于各种原因,会造成产品设计与使用的不适用或脱节,甚至偏离了目标值,这种情况很容易造成产品的早期失效;2、材料品质的影响：轴承工作时,零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷;由于零件之间的接触面积很小,因此,会产生极高的接触应力;在接触应力反复作用下,零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落;就材料本身的品质来讲,其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等,内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等,这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因;在材料品质中,另一个主要影响轴承疲劳性能的因素是材料的纯洁度,其具体表现为钢中含氧量的多少及夹杂物的数量多少、大小和分布上;3、热处理质量的影响：轴承热处理包括正火、退火、渗碳、淬火、回火、附加回火等;其质量直接关系到后续的加工质量及产品的使用性能;4、加工质量的影响：首先是钢材金属流线的影响;钢材在轧制或锻造过程中,其晶粒沿主变形方向被拉长,形成了所谓的钢材流线纤维组织;试验表明,该流线方向平行于套圈工作表面的与垂直的相比,其疲劳寿命可相差倍;其次是磨削变质层;磨削变质层对轴承的疲劳寿命与磨损寿命有很大的影响;变质层的产生使材料表面层的组织结构和应力分布发生变化,导致表面层的硬度下降、烧伤,甚至微裂纹,从而对轴承疲劳寿命产生影响; 受冷热加工条件及质量控制的影响,产品在加工过程中会出现质量不稳定或加工误差,如热加工的材料淬、回火组织达不到工艺要求、硬度不均匀和降低,冷加工的几何精度超差、工作表面的烧伤、机械伤、锈蚀、清洁底低等,会造成轴承零件接触不良、应力集中或承载能力下降,从而对轴承疲劳寿命产生不同程度的影响;B、使用因素使用因素主要包括轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等; 不正确的安装方法很容易造成成轴承损坏或零件局部受力产生应力集中,引起疲劳;过大的配合过盈量容易造成内圈滚道面张力增加及零件抗疲劳能力下降,甚至出现断裂; 润滑不良会引起不正常的摩擦磨损,并产生大量的热量,影响材料组织和润滑剂性能;如果润滑不当,即便选用再好的材料制造,加工精度再高,也起不到提高轴承寿命的效果; 密封不良容易使杂质进入轴承内部,既影响零件之间的正常接触形成疲劳源,又影响润滑或污染润滑剂; 根据疲劳产生的机理和主要影响因素,可以有针对性地提出预防措施;如对表面起源损伤引起的疲劳,可以通过对零件表面进行表面强化处理,对次表面起源型疲劳可以通过改善材料品质等措施;而提高零件加工质量尤其是零件表面质量、提高使用质量、控制杂质流入轴承内部、保证润滑质量等措施对预防和延缓疲劳都有十分重要的意义;二、表面塑性变形表面塑性变形主要是指零件表面由于压力作用形成的机械损伤;在接触表面上,当滑动速度比滚动速度小得多的时候会产生表面塑性变形; 表面塑性变形分为一般表面塑性变形和局部表面塑性变形两类;A、一般表面塑性变形：是由于粗糙表面互相滚动和滑动,同时,使粗糙表面不断产生塑性碰撞所造成,其结果形成了冷轧表面,从外观上看,这种冷轧表面已被辗光,但是,如果辗光现象比较严重,在冷轧表面上容易形成大量浅裂纹,浅裂纹进一步发展可能在粗糙表面区域区导致显微剥落,但这种剥落很浅,只有几个微米,它能够覆盖很宽的接触表面;根据弹性流体动压润滑理论,一般表面塑性变形产生的原因是由于两个粗糙表面直接接触,其间没有形成承载的弹性流体动压润滑膜.因此,当油膜润滑参数小于一定值时,将产生的一般表面塑性变形.一般油膜润滑参数值越小表面塑性变形越严重.B、局部表面塑性变形：局部表面塑性变形是发生在摩擦表面的原有缺陷附近;最常见的原有缺陷,如压坑痕、磕碰伤、擦伤、划伤等;1、压坑痕：压坑痕是由于在压力作用下硬质固体物侵入零件表面产生的凹坑痕现象; 压坑痕的形态特征是：形状和大小不一,有一定深度,压坑痕边缘有轻微凸起,边缘较光滑;硬质固体特的来源是轴承零件在运转中产生的金属颗粒、密封不良造成轴承外部杂质侵入;压坑痕产生的部位主要在零件的工作表面上; 预防压坑痕的措施主要有：提高零件的加工精度和轴承的清洁度、改善润滑、提高密封质量等;2、磕碰伤：磕碰伤是由于两个硬质特体相互撞击形成的凹坑现象;磕碰伤的形态特征视两物体形状和相互撞击力的不同其形状和大小不一,但有一定深度,在其边缘处常有突起;磕碰伤主要是操作不当引起的;产生部位可以在零件的所有表面上;预防磕碰伤的措施主要有：提高操作者的责任心、规范操作、改进产品容器的结构和增加零件的保护措施等;3、擦伤：擦伤是两个相互接触的运动零件,在较大压力作用下因滑动摩擦产生的金属迁移现象;严重时可能伴随烧伤的出现;擦伤的形状不确定,有一定长底和宽度,深度一般较浅,并沿滑动或运动方向由深而浅;擦伤可以在产品制造过程中产生也可以在使用过程中产生; 轴承制造成过程中的擦伤预防措施与磕碰伤的预防措施相同;使用中的擦伤预防措施主要是从防止“打滑”方面考虑,改进产品内部结构、提高过盈配合量、调整游隙、改善润滑、保证良好接触状态等;4、划拉伤划拉伤是指硬质和尖锐物体在压力作用下侵入零件表面并产生相对移动后形成的痕迹; 划伤一般呈线型状,有一定深度,宽度比擦伤窄,划伤的伤痕方向是任意的,长度不定;产生部位主要在零件的工作表面和配合表面上;而拉伤只发生在轴承内径过盈配合面上,伤痕方向一般与轴线平行,有一定长度、宽度和深度,并成组出现;划伤可以在轴承制造过程中产生也可在使用中产生;而拉伤只发生在轴承安装拆卸过程中; 预防轴承制造过程中的划伤与预防磕碰伤的措施相同;预防使用中划伤与预防压坑痕的措施基本相同; 预防拉伤的措施是严格安装拆卸规程、保证配合面的清洁、安装时在配合面上适当润滑等;综上所述,预防表面塑性变形的措施是要正确选用轴承、增强材料的耐磨性,保证润滑的有效性、注意安装方法、提高轴承密封装臵的密封性等;三、磨损：在力的作用下,两个相互接触的金属表面相对运动产生摩擦,形成摩擦副;磨擦引起金属消耗或产生残余变形,使金属表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变的现象称为磨损;磨损过程包含有两物体的相互作用、黏着、擦伤、塑性变形、化学反应等几个阶段;其中物体相互作用的程度对磨损的产生和发展起着重要的作用; 磨损的基本形工有：疲劳磨损、黏着磨损、磨料粒磨损、微动磨损和腐蚀磨损等; 产生磨损的主要原因： A、异物通过了密封不良的装臵或密封圈进入了轴承内部;B、润滑不当;如润滑油中的杂质未过滤干净、润滑方式不良、润滑剂选用不当、润滑剂变质等; C、零件接触面上的材料颗粒脱离,D、锈蚀;如,由于轴承使用温度变化产生的冷凝水、润滑剂中添加剂的腐蚀性特质等原因形成的锈蚀; 实际中多数磨损属于综合性磨损,预防对策应根据磨损的形式和机理分别采取措施;对于微动磨损,可以采用小游隙或过盈配合来减少使用过程中的微动磨损；可在套圈与滚动体之间采用稀润滑剂润滑或分别包装来减少运输过程的微动磨损；另外,轴承应放在无振动环境下保管,或将轴承内外圈隔离存放可以防止保管过程中产生的微动磨损; 对于黏着磨损可以采取提高加工精度、增强润滑效果等措施来解决; 对于磨料粒磨损,可以采用表面强化处理、表面润滑处理如渗硫、磷化、表面软金属膜涂层等、改善轴承密封结构、提高零件加工精度、保证润滑油过滤质量、减少制造和使用过程中对表面的损伤等方法来解决; 对于腐蚀磨损,应减少轴承使用环境中腐蚀物质的侵入、对零件表面进行耐腐蚀处理或采用耐腐蚀材料制造产品等手段来解决;另外,还可以从产品结构设计和制造的角度进行改进,如提高零件的加工精度、减少磨削加工中产生的变质层、保证弹性流体动压润滑膜等实现预防磨损的目的;四、腐蚀：金属与其所处环境中的物质发生化学反应或电化学反应变化所引起的消耗称为腐蚀;金属腐蚀的形式多种多样,就金属与周围介质作用的性质来分可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类 ;化学腐蚀是由于金属与周围介质之间的纯化学作用引起的;其过程中没有电流产生,但有腐蚀物质产生;这种物质一般都覆盖在金属表面上形成一层疏松膜．化学反应形成的腐蚀机理比较简单,主要是物体之间通过接触产生了化学反应,如金属在大气中与水产生的化学反应形成的腐蚀又称为锈蚀电化学腐蚀是由于金属与周围介质之间产生电化学作用引起的;其基本特点是在腐蚀的同时又有电流产生;电化学反应的腐蚀机理主要是微电池效应; 就滚动轴承而言,产生腐蚀的主要原因有： A、轴承内部或润滑剂中含有水、碱、酸等腐蚀物质 B、轴承在使用中的热量没有及时释放,冷却后形成水分 C、密封装臵失效 D、轴承使用环境湿度大 E、清洗、组装、存放不当腐蚀产生部位：零件各表面都会有;按程度有腐蚀斑点或腐蚀坑洞,斑点和蚀坑一般呈零星或密集分布,形状不规则,深度不定,颜色有浅灰色、红褐色、灰褐色、黑色; 对于金属材料来说,消除腐蚀是比较困难的,但可以减缓腐蚀的发生,防止轴承与腐蚀物质接触,可以通过合金化,表面改性等方法提高耐腐蚀能力,使得金属表面形成一层稳定致密与基体结合牢固的钝化膜;五、蠕动：受旋转载荷的轴承套圈,如果选用间隙配合,在配合表面上会发生圆周方向的相对运动,使配合面上产生磨擦、磨损、发热、变形,造成轴承不正常损坏;这种配合面周向的微小滑动称为蠕动或爬行; 蠕动形成的机理是当内圈与轴配合过盈量不足时,在内圈与轴之间的配合面上因受力产生弹性变形而出现微小的间隙,造成内圈与轴旋转时在圆周方向上的不同步、打滑,严重时在压力作用下发生金属滑移;在外圈与壳体也同样会出理类似的情况; 蠕动形貌特征在一些方面具有腐蚀磨损和微动磨损的某些特征;蠕变在形成过程中也有一些非常细小的磨损颗粒脱落并立即局部氧化,生成一种类似铁锈的腐蚀物;其区别主要根据它们的位臵和分布来判断,如果零件没有受到腐蚀又出现了褐色锈斑,锈斑的周围常常围绕着一圈碾光区,出现的部位又在轴承的配合表面上,那么可能就是蠕动;发生蠕动的配合面上,或出现镜面状的光亮色,或暗淡色,或咬合状,蠕动部位与零件原表面有明显区别; 在轴承的端面由于轴向压紧力不足;或悬臂轴频繁挠曲,运转一定时间后也会出现蠕动的特征;产生蠕动的主要原因是内,外圈与轴或轴承座的配合过盈量不足,或载荷方向发生了变化; 预防的措施：采用过盈配合并适当提高过盈量,在采用间隙配合的场合的场合可用黏结剂将两个配合面固定或沿轴或轴承座的轴向方向将轴承紧固;六烧伤：轴承零件在使用中受到异常高温的影响,又得不到及时冷却,使零件表面组织产生高温回火或二次淬火的现象称为烧伤; 烧伤产生的主要原因是润滑不良、预载荷过大、游隙选择不当、轴承配臵不当、滚道表面接触不良、应力过大等因素所致;如： A、在轴向游动轴承中,如果外圈配合的过紧,不能在外壳孔中移动；B、轴承工作中运转温度升高,轴的热膨胀引起很大的轴向力,而轴承又无法轴向移动时； C、由于润滑不充分,或润滑剂选用不合理、质量问题、老化和变质等； D、内外圈运转温度差大,加上游隙选择不当,外圈膨胀小内圈大呈过盈导致轴承温度急剧升高；E、轴承承受的载荷过大和载荷分布均匀,形成应力集中； F、零件表面加工粗糙,造成接触不良或油膜形成困难; 烧伤的形貌特征可以根据零件表面的颜色不同来判断;轴承在使用中由于润滑剂、温度、腐蚀等原因;零件表面会发生变化,颜色主要有淡黄色、黄色、棕红色、紫蓝色及蓝黑色等,其中淡黄色、黄色、棕红色属于变色,若出现紫蓝色或蓝黑色的为烧伤;烧伤容易造成零件表面硬度下降或出现微裂纹; 烧伤产生的部位主要发生在零件的各接触表面上,如圆锥滚子轴承的挡边工作面、滚子端面、应力集中的滚表面等;烧伤的预防可根据烧伤产生的原因有针对性地采取措施;如正确选用轴承结构和配臵、避免轴了砂承受过大的载荷、安装时采用正确的安装方式防止应力集中、保证润滑效果等;七、电蚀：电蚀是由电流放电引起,致使轴承零件表面出现电击的伤痕,此种损伤称为电蚀;在两零件接触面间一般存在一层油膜,该油膜一定有的绝缘作用,当有电流通过轴承内部时,在两面三刀零件接触表面形成电压差,当电压差高到足以击穿绝缘层时就会在两零件接触表面处产生火区放电,击穿油膜放电,产生高温,造成局部表面的熔融,形成弧凹状或沟蚀;受到电蚀的零件,其金属表面被局部加热和熔化,在放大镜下观察损伤区域一般呈现斑点、凹坑、密集的小坑,有金属熔融现象,电蚀坑呈现火山喷口状;电蚀会使零件的材料硬度下降,并加快磨损发生速度,也会诱发疲劳剥落; 预防电蚀的措施是在焊接或其他带电体与轴承接触时加强轴承的绝缘或接地保护,防止电荷的聚集并形成高的电位差,避免放电现象产生;防止电流与轴承接触;八、裂纹和缺损：当轴承零件所承受的应力超出材料的断裂极限应力时,其内部或表面便发生断裂和局部断裂,这种使材料出现不连续或断裂的现象称为裂纹; 在材料表面或表层下有一种貌似毛发的细微裂纹称为发纹;当发纹扩展到一定程度,使得部分材料完全脱离零件基体的现象称为断裂; 裂纹一般呈线状,方向不定,有一定长度和深宽度,有尖锐的根部和边缘;裂纹有内部裂纹和表面裂纹之分,也有肉眼可见和不可见两种形式,对于肉眼不可见裂纹需要采用无损检测的方法进行观察;发纹一般呈细线状,方;向沿钢材轧制方向断续分布,有一定长度和深度,有时单条有时数条出现; 裂纹产生的原因较为复杂,影响因素很多,如原材料、锻造、冲压折叠、热处理、磨削、局部过大的应力等;发纹形成的原因是钢材在冶炼过程中产生的气泡或夹杂,经轧制变形后存在于材料表层;对于肉眼不可见裂纹需要采用无损检测的方法进行观察; 裂纹的预防措施主要有,在制造方面应控制原材料缺陷如非金属夹杂、表面夹渣、折叠、显微孔隙、缩孔、气泡等;控制加工应力如热处理淬火时产生的内应力热应力和组织应力、磨削应力、冲压应力等;在使用方面注意轴承安装过程中的非正常敲撞击以及安装不良造成的局部应力过大等;另外,还要保证润滑,增强密封效果,控制外部杂质流入,避免轴承与腐蚀性物质接触等;九、保持架损坏：当滚动体进入或离开承载区域时,保持架将受到带有一定冲击性质的拉压应力作用,尤其是滚子轴承的滚子产生倾斜时所受到的应力会更大;在这种应力的反复作用下,保持架的兜孔、过梁、铆钉会出现变形、磨损、疲劳,甚至断裂现象;另外,不正确的安装方式也会损坏保持架;保持架相对套圈的强度一般较弱尤其是冲压保持架,如果安装不得当,将安装力直接施加在保持架上,很容易造成保持架变形;冲压保持架制造过程中产生的应力过大也是造成保持架损坏的原因之一; 防止保持架损坏的措施可以从设计、制造、安装方面考虑;保持架在运转中受到的拉压应力是无法避免的;但提高保持架的强度可通过适当增加保持架过梁铆钉强度来解决;滚子产生倾斜可以通过提高制造和安装质量来解决;改善润滑条件有助于减少磨损;对冲压保持架制造过程中产生的应力可采用振动光饰等方法支除或减少应力;十、尺寸变化：轴承运转一定时间以后,会出现游隙减小或增大的现象;通过对零件尺寸检测可以发现轴承内、外圈或滚动体直径方向的尺寸发生了变化增大或减小,影响轴承的正常旋转精度;若没有了游隙,会出现摩擦磨损加剧、工作温度上升、甚至“卡死”等现象;若游隙变大,会出现振动或噪声增大、旋转精度降低、应力集中等情况;轴承内径增大还很可能出现“甩圈”现象;轴承零件在热处理过程中,保留了一定数量的残佘奥氏体,而奥氏体是一种不稳定相,随着时间或温度的变化,奥氏体将逐步转变为较稳定的马氏体组织,由于马氏体组织的体积大于奥氏体组织,因此,在转变过程中零件的体积将发生涨大;而马氏体组织自身也会产生分解,马氏体分解的结果会出现尺寸收缩的现象;轴承工作温度高对奥氏体的转变和马氏体的分解有促进作用;还有一种情况,零件在内应力释放过程中也会引起尺寸的改变;从预防或控制零件尺寸稳定性的角度考虑,可以在轴承零件热处理时对不稳定的残余奥氏体组织进行稳定化处理;另外,在使用中应保证轴承的使用温度低于轴承允许的工作温度,以防止尺寸出现较大的变化;十一、使用不当引起的损坏：轴承使用不当引起的损坏在轴承失效中占有很大的比例;轴承使用不当涉及轴承选型、轴承配臵、轴承支承结构、配合、安装、润滑、密封、维护保养等诸多方面;轴承失效与使用不当密不可分;十二、其他损伤：A、变色变色是由于轴承在运转过程中因发热引起的表面颜色变化;另外,在温度作用下润滑剂中的部分化学物质、磨损的金属粉末等杂质会黏附在零件表面上也会引起轴承零件颜色变化,这种变色又称污斑;表面颜色一般呈淡黄色、黄色、茶色、棕红色、紫蓝色及蓝黑色等,发热引起的变色一般没有深度;对于使用中的轴承若出现深度变色如紫蓝色或蓝黑色的则有可能形成了烧伤;零件腐蚀也会引起变色,但这类变色有一定深度;轴承零件在运转过程中,因摩擦会产生大量的热,若润滑不充分或散热条件差,热量得不到及时的冷却或扩散,热量的聚积使轴承温度很快升高,温度升高会使附着在轴承零件表面的油膜产生氧化现象,形成一种浅褐色的氧化制,沉积附着在轴承的表面上;但这种变色并不影响轴承的使用,所以允许存生;当轴承因安装不当如安装倾斜或润滑不良等原因使轴承处于一种极不正常的工作状态,引起温度的急速上升,此时轴承的局部温度有可能超过轴承零件的回火温度,甚至更高,并产生严重的变色如蓝黑色。
45钢轴类零件断裂分析及预防
eat TreatmentH热处理45安徽省宿州模具热处理研究中心 （234000） 赵昌胜安徽省煤田地质局水文勘探队机厂 （234000） 杨 峰 崔 晴45钢由于价格便宜，来源方便，加工性能好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性、高的强度和一定的耐磨性，被广泛地应用于中低档的轴类零件。
但是45钢轴在热处理过程中，由于材料本身的原因，热加工不当和热处理工艺安排不合理，往往容易产生热处理断裂或在工作中发生早期失效，造成产品报废，严重影响生产。
1. 柴油机曲轴热处理产生的裂纹及预防某柴油机厂生产一批柴油机曲轴，该工厂采用圆钢锻造，为了赶工期，采取的加工工序是：下料→锻造→粗加工→调质→精加工→检验入库。
该批曲轴在淬火后，一部分曲轴的曲拐处产生裂纹，造成了产品报废。
分析工序安排可看出，因为锻后没有进行退火或正火，钢材在锻造时产生的锻造应力没有很好地被消除，因此在热处理淬火时，淬火产生的应力和原来轴中存在的应力叠加，当叠加应力超过材料的强度极限时，45钢曲轴表面应力集中处即产生裂纹。
针对45钢锻造曲轴产生裂纹原因，对45钢锻造后的曲轴进行正火热处理，不仅消除了锻造产生的1. 喷砂清理采用手动压缩空气（0.5～0.6MPa）喷枪，经过压缩空气带动细石英砂向螺纹部表面喷射清理。
喷砂清理时注意，应及时转动齿轮，不得过度清理某处，以防其尺寸减小。
喷砂采用的压缩空气应经过滤，保证无油、无水。
此方法特点是清理效率较高，但现场粉尘较大，应安装除尘装置。
图5为齿轮喷砂清理示意。
2. 钢丝轮清理利用电动机带动钢丝轮传动机构，设计并制成合理的主动齿轮卡位机构，以利于对主动齿轮尾部螺纹等进行均匀、彻底、安全的清理。
此方法特点是清理干净，效率高。
图6为主动齿轮螺纹清理机示意。
图5 齿轮喷砂清理示意1.转台2.喷嘴3.枪体4.主动齿轮3.化学清理将涂覆涂料部位浸泡在温度为60～80℃的10%～15%NaOH溶液中2～3h，可使其残留的防渗涂层溶解。
机械零件失效形式分析及其防范措施
·机械零件失效形式分析及其防范措施艾金山 1，颜志勇 1，章 义 2（1.湖南机电职业技术学院 汽车工程学院 ，湖南 长沙 410151；2.湖南机电职业技术学院 机械工程学院，湖南 长沙 410151）摘 要：基于机械零部件在使用过程中存在失效的事实，对其常见的断裂、磨损失效形式进行分析、诊断，并提出了相应的防范措施，具有一定的理论和应用价值。
关键词：失效形式；失效分析；防范措施中图分类号：TH17 文献标识码：A文章编号：1007-8320（2014）09-0048-01An analysis of Failure Modes of Mechnical Parts & Preventive MeasuresAI Jin -shan 1，YAN Zhi -yong 1，Z HA NG Yi 2(1.School of Automotive Engineering, Hunan Mechanical and Electrical Polytechnic, Changsha,Hunan 410151, China ；2. School of Mechanical Engineering, Hunan Mechanical and Electrical Polytechnic, Changsha, Hunan 410151, China)Abs t r act: Based on the fact that there exist failures in the course of applying mechnical parts,this paper analyzed and diag- nosed the common failure modes of fracture and abrasion and proposed the corresponding preventive measures ,which would be of certain theoretical and practical value.Key wo r d s : failure modes; failure analysis; precautions1 前言失效时由于设计、制造工艺、安装调试、选材、运作维护等 众多因素中的一个或者几个作用于机械零部件上，导致其尺 寸、形状、或材料的组织与性能发生变化而不能圆满地完成指 定的功能。
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轴类零件的失效分析和预防
发表时间：2020-04-07T15:18:36.773Z 来源：《基层建设》2019年第32期作者：邢宇斐刘季丑婀娜艾浩
[导读] 摘要：随着现代装备发展的需要，轴类零件越来越多地应用在各类机械设备中，轴类零件的失效分析和失效预防也成为机械行业领域的关键技术，本文主要分析了轴类零件的失效原因和失效形式，并结合其在机械设计加工过程中的实际应用，提出了轴类零件在结构设计和机械加工等发面的预防措施。
陕西长岭电子科技有限责任公司陕西省 721000
摘要：随着现代装备发展的需要，轴类零件越来越多地应用在各类机械设备中，轴类零件的失效分析和失效预防也成为机械行业领域的关键技术，本文主要分析了轴类零件的失效原因和失效形式，并结合其在机械设计加工过程中的实际应用，提出了轴类零件在结构设计和机械加工等发面的预防措施。
关键词：轴类零件；失效分析；失效预防；机械加工；结构设计
引言
轴类零件作为机械生产加工行业中的典型工件，尤其是在大型机械设备中必不可少的重要零件，几乎是各类机械设备和产品中使用频率最高的零部件，在某些工况下，轴类零件甚至是整机中的关键件。
1轴类零件特征概述
轴类零件是机械设备中用来支承传动零部件、传递扭矩和承受载荷的一种旋转体零件，其实际用途和使用工况的差异也对轴类零件的生产提出了不同的结构设计要求，轴可以由同心的外圆柱表面、轴肩、端面、台阶、内空、螺纹孔、键槽、退刀槽、倒角、圆弧等各种不同的形式组成。
机械设备中涉及多种结构形式的轴类零件，包括阶梯轴、光轴、偏心轴、曲轴等。
在这些类型中，阶梯轴的工艺是最具加工特点的，能够表现出大部分轴类零件的机加方式。
轴是机械设备中最重要的传递动力的零件，是整个轴系传动装置的基准，其他传动零件是以轴为支撑做回转运动的，轴的几何形状精度（圆度、圆柱度、直线度等）和表面粗糙度甚至直接决定了机械产品的质量。
如果因加工精度误差导致装配后的轴的间隙不一致，会加速轴的局部磨损和运动精度，也会降低其他零件的工作寿命，影响机械设备的使用性能。
2轴类零件的失效原因分析
失效是指机械设备及其零部件丧失其规定功能的现象。
由于应力、时间、温度、环境介质及操作失误等因素的作用，会产生种类多样的失效形式。
失效分析的目的，就是对机械设备及其零部件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因并找出防止失效的可行措施。
轴类零件的失效原因可以分为内因和外因：外因包括三维模型设计、原材料优选、机械加工制造、整机装配调试、使用环境条件等；内因则主要包括原材料的成分、组织、性能、缺陷等。
轴类零件的失效常常是内外因共同作用下产生的不良结果。
设计方面：工程设计人员未能坚持合理的设计理念和原则，没有清晰的设计思路和方案，在轴的设计中未全面考量选材标准、强度计算、结构功能实现等因素；制造方面：主要包括工艺路线的划分和加工方法的选取不合理；装配方面：轴及其承载零件的安装位置不精确和缺乏相对润滑；使用方面：没有按照使用说明书来操作设备，保养不及时，缺乏定期的维护措施；环境方面：一般是因为机械设备长期处于高温、海水、酸碱、盐雾等恶劣环境中。
3轴类零件的主要失效形式
从实际工作中的使用情况来看，轴类零件的失效形式主要由变形、断裂、磨损和腐蚀四种形式。
任何一种形式的失效都会有其产生的条件、特征及判断依据，而且轴类零件一旦出现失效，很有可能是几种情况同时发生。
3.1轴的变形
轴在随时间不断变化的交变应力作用下，承受拉压、弯扭、冲击、振动、疲劳等载荷变化，形状和尺寸都会发生相应的累积变化。
轴在高温、酸碱、海水、腐蚀气体等工作环境和外力作用下，持续地发生弹性变形和塑性变形，高温蠕变还会在轴表面产生裂纹，裂纹的扩展会导致轴的开裂甚至断裂。
3.2轴的断裂
断裂失效是所有机械设备失效形式中危害性最大的，在其他的失效形式中零件可能还可以低效率地使用，但是如果发生断裂失效，就意味着零件报废，无法满足其功能需求。
断裂可以分为塑性断裂、低应力脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、环境介质加速断裂等多种断裂失效形式，其中最为常见的一种失效形式是由交变应力引起的疲劳断裂。
轴类零件在发生疲劳断裂之前，不会发生显著的塑性变形，但是随着使用时间的累及，轴类零件会在应力集中的部位产生疲劳断裂，随着应力的继续作用和润滑脂的挤压膨胀，裂纹不断扩展进而发生急剧断裂破坏，这种突发性的破坏往往危害也比较大。
疲劳断裂又可以分为多种形式：按循环次数，可以将其分为低周疲劳和高周疲劳；按载荷类型，可以分为冲击、扭转、腐蚀疲劳、高温疲劳和热疲劳等。
3.3轴的磨损
由于轴和轴套、轴承、套筒等其他零件的相互接触，表面产生相对运动，彼此之间发生摩擦而造成磨损。
磨损会导致轴的尺寸发生变化，使其丧失原有的几何形状、加工精度和位置精度，降低其工作效能，进而导致失效现象的发生。
磨损的形式多种多样，一般可将其分为摩擦磨损、磨料磨损、微动磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损和疲劳磨损等。
比如：铣床刀具、模具、车床导轨、蜗轮蜗杆等的失效通常属于摩擦磨损；硬磨粒（金属屑等）滑落于机械设备内部（如齿轮间隙）容易造成磨料磨损；蒙皮铆接处、轴承与座体之间常常会产生微动磨损；腐蚀磨损则大多发生在设备外壳、气缸活塞等处；叶轮、车床冷却液管路等受流体或受固体微小颗粒冲击可引起冲蚀磨损；疲劳磨损则常常发生在各类轴承和齿轮中。
3.4轴的腐蚀
轴一般采用低温润滑脂或润滑油来进行润滑，这些润滑剂中的某些化学元素会与轴的原材料发生反应，造成表面凹坑、锈蚀等其他各类损伤，尤其是在海水、酸碱、高温、盐雾等工作环境下的轴，更容易因轻微腐蚀的累积而降低工作效能和寿命。
按照分布的集中程度分为局部腐蚀和全面腐蚀。
我们进行的失效分析往往面对的是局部腐蚀，全面腐蚀则比较容易观察和辨别。
局部
腐蚀有多种形式：比如，缝隙腐蚀发生在法兰连接面、螺母压紧面、锈层等处，晶间腐蚀则多发生在奥氏体不锈钢焊缝处，铝合金在铸造、热处理、焊接等过程中产生的残余应力则会引起腐蚀开裂等。
4轴类零件的失效诊断及避免措施
失效分析和预防的关键在于失效诊断，失效原因的诊断为失效预防提供了导向明确且分析高效的研究方向。
为预防和减少轴类零件的失效，排除不稳定因素，提高机械设备的使用性能，在全过程的机械结构设计中，轴类零件的设计是重中之重。
我们进行轴类零件的设计工作时，计算许用的强度和刚度是必不可少的步骤，三维模型是否设计合理，结构尺寸是否精准细化，都会影响轴类零件的加工、装配工艺性、制造成本和生产周期。
在实际设计工作和加工制造中，轴类零件在结构上应考虑一下因素：1.轴向安装位置要有严格的计算控制：为避免零件在轴向上产生滑动，并能承受足够的轴向力，其固定方式常采用轴肩、压环、套筒的进行轴向固定。
2.轴上零件应便于安装和拆卸维修：通常将轴做成阶梯形的，其中间大、两端小，装配时从中间向两端可依次装入相应的零件而互不干扰。
3.轴的设计要分析受力情况，尽量减少应力集中：避免轴的截面形状和尺寸发生骤变，尽可能地设计稍大的圆角来进行过渡，这样有利于提高轴类零件的强度和刚度。
4.合理选择毛坯，节省材料，有效减重。
5.严格加工精度要求：因轴的定位精度要求较高，对轴的几何形状精度和位置精度都有很高的要求，圆度、圆柱度、同轴度等都有严格的公差限制范围，确保传动精度和安装精度。
6.轴应该具有良好的制造工艺性：分析零件图确定加工主次，明确粗精加工要求，编制合理的工艺路线。
5结语
在实际的机械设备服役过程中，由于轴类零件失效而使机械设备无法正常工作，或者造成机械产品质量性能降低的情况屡屡发生，在某些关键设备上轴类零件的失效甚至会造成财力、物力、人力的巨大损失。
因此，分析轴类零件的失效形式、失效原因，进而提出设计加工等改进措施，对提高机械设备工作效率、提升产品质量、降低生产维护成本、保障执行工作任务都具有积极的现实意义。
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