耐高温轴承损坏或失效的表现形式主要有四种情况

2020/10/29 14:40:27

 

在耐高温轴承使用过程中,由于本身质量和外部条件的原因,其承载能力,旋转精度和减摩能性能等会发生变化,当耐高温轴承的性能指标低于使用要求而不能正常工作时,就称为耐高温轴承损坏或失效。

    一旦发生耐高温轴承损坏或失效等意外情况时,将会出现其机器、设备停转,功能受到损伤。因此需要在短期内查处发生的原因,并采取相应措施。

    耐高温轴承损坏或失效的表现形式

    导致耐高温轴承损坏或失效的表现形式很多,原因复杂,耐高温轴承的损坏除了轴承设计和制造的内在因素外,大部分是由于使用不当,例如:选型不适合、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。

    耐高温轴承损坏或失效的四种情况

    研究耐高温轴承损坏或失效的形成和原因具有重要的意义,一方面可以改进使用方法,正确地使用耐高温轴承,充分发挥耐高温轴承应有的效能,另一方面有助于开发性能更好的新产品。本文中除了叙述滚动轴承使用中注意事项、安装方法、运转监察等外,还着重介绍耐高温轴承损坏的形式和原因及应采取的对策。

    1.轴承的磨削热

    在不锈钢轴承的磨削加工中,砂轮和工件接触区内,消耗大量的能,产生大量的磨削热,造成磨削区的局部瞬时高温。运用线状运动热源传热理论公式推导、计算或应用红外线法和热电偶法实测实验条件下的瞬时温度,可发现在0.1~0.001ms内磨削区的瞬时温度可高达1000~1500℃。这样的瞬时高温,足以使工作表面一定深度的表面层产生高温氧化,非晶态组织、高温回火、二次淬火,甚至烧伤开裂等多种变化。

    (1)表面氧化层

    瞬时高温作用下的钢表面与空气中的氧作用,升成极薄(20~30nm)的铁氧化物薄层。值得注意的是氧化层厚度与表面磨削变质层总厚度测试结果是呈对应关系的。这说明其氧化层厚度与磨削工艺直接相关,是磨削质量的重要标志。

    (2)非晶态组织层

    磨削区的瞬时高温使工件表面达到熔融状态时,熔融的金属分子流又被均匀地涂敷于工作表面,并被基体金属以极快的速度冷却,形成了极薄的一层非晶态组织层。它具有高的硬度和韧性,但它只有10nm左右,很容易在精密磨削加工中被去除。

    (3)高温回火层

    磨削区的瞬时高温可以使表面一定深度(10~100nm)内被加热到高于工件回火加热的温度。在没有达到奥氏体化温度的情况下,随着被加热温度的提高,其表面逐层将产生与加热温度相对应的再回火或高温回火的组织转变,硬度也随之下降。加热温度愈高,硬度下降也愈厉害。

    (4)二层淬火层

    当磨削区的瞬时高温将工件表面层加热到奥氏体化温度(Ac1)以上时,则该层奥氏体化的组织在随后的冷却过程中,又被重新淬火成马氏体组织。凡是有二次淬火烧伤的工件,其二次淬火层之下必定是硬度极低的高温回火层。

    (5)磨削裂纹

    二次淬火烧伤将使工件表面层应力变化。二次淬火区处于受压状态,其下面的高温回火区材料存在着大的拉应力,这里是有可能发生裂纹核心的地方。裂纹容易沿原始的奥氏体晶界传播。严重的烧伤会导致整个磨削表面出现裂纹(多呈龟裂)造成工件报废。

    2.耐高温轴承因磨削力形成的变质层

    在磨削过程中,工件表面层将受到砂轮的切削力、压缩力和摩擦力的作用。尤其是后两者的作用,使工件表面层形成方向性很强的塑性变形层和加工硬化层。这些变质层必然影响表面层残余应力的变化。

    (1)冷塑性变形层

    在磨削过程中,每一刻磨粒就相当于一个切削刃。不过在很多情况下,切削刃的前角为负值,磨粒除切削作用之外,就是使工件表面承受挤压作用(耕犁作用),使工件表面留下明显的塑性变形层。这种变形层的变形程度将随着砂轮磨钝的程度和磨削进给量的增大而增大。

    (2)热塑性变形(或高温性变形)层

    磨削热在工作表面形成的瞬时温度,使一定深度的工件表面层弹性极限急剧下降,甚至达到弹性消失的程度。此时工作表面层在磨削力,特别是压缩力和摩擦力的作用下,引起的自由伸展,受到基体金属的限制,表面被压缩(更犁),在表面层造成了塑性变形。高温塑性变形在磨削工艺不变的情况下,随工件表面温度的升高而增大。

    (3)加工硬化层

    有时用显微硬度法和金相法可以发现,由于加工变形引起的表面层硬度升高。

    除磨削加工之外,铸造和热处理加热所造成的表面脱碳层,再以后的加工中若没有被完全去处,残留于工件表面也将造成表面软化变质,促成轴承的早期失效。

    3.断裂失效

    不锈钢轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂,称为缺陷断裂。应当指出,轴承在制造过程中,对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在,今后仍必须加强控制。但一般来说,通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。

    4.游隙变化失效

    不锈钢轴承在工作中,由于外界或内在因素的影响,使原有配合间隙改变,精度降低,乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大,安装不到位,温升引起的膨胀量、瞬时过载等,内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。