特大型轴承外圈早期失效原因分析特大型调心滚子轴承偏载失效案例 每日聚焦

特大型轴承外圈早期失效原因分析

某轴承用户反映有一套特大型双列调心滚子轴承轴承在使用过程中发现外圈滚到出现早期失效，该套轴承圈用于水泥立磨辊，工作环境较差。该型号材料为GCr15SiMn钢，其加工工艺过程为：φ300mm原材料进厂超声波探伤→下料段→锻造成形→球化退火→车加工→热处理→探伤→磨削加工→探伤→装配入库。现笔者对其进行理化检验分析，找出失效原因。

(相关资料图)

1.理化检验

（1）宏观检验

外圈经气割取样，滚道面整体有摩擦磨损现象，局部区域有不规则孔洞，除此以外未发现其他异常。

（2）化学成分分析

对外圈进行取样，大小为15mm×15mm×15mm，采用直读光谱仪进行化学成分分析，其化学成分符合GB/T18254—2016中GCr15SiMn标准要求。

（3）金相检验

首先，低倍观察。制取孔洞部位断口试样口后观察，可见断口表面粗糙，上有闪闪发光的晶粒棱面，除此以外，还分布有孔洞，俗称“豆腐渣”断口。

制取试样任意截面后低倍观察，可见表面有大量孔洞分布，边缘呈尖角状，个别孔洞深不见底。

（a）断口 （b）金相宏观形貌

其次，金相观察。制取孔洞部位截面金相试样后在OLYMPUSGX51显微镜下观察，可见截面上有大量不规则尖角状孔洞分布，边缘有氧化，个别孔洞深不见底。

最后，扫描电镜断口分析。制取孔洞部位断口后，在JSM-6610LV扫描电镜下观察，可见断口上分布有大量有尖角状孔洞，孔内局部有金属熔融形貌。

（4）材料及热处理质量检测

制取外圈纵横截面金相试样后，在光学显微镜下观察，依据材料标准GB/T 18254—2016及热处理标准JB/T 1255—2014进行评定。

2.分析讨论

通过对该套圈宏观检验、成分分析、金相检验以及材料与热处理质量检验，认为该套圈表面缺陷为过烧孔洞，可以确定该套圈存在过烧现象。

经查，对该批套圈棒料进厂检验时未发现原材料缺陷，由此可以确定该孔洞为锻造过程中形成的。

轴承套圈在锻造时如果加热温度超过工艺温度的上限，在此温度保温时间又很长，则材料会过热，严重时过烧，不但表面层金属晶界被氧化开裂，而且金属内部成分偏析较严重的区域，晶界也开始熔化，形成尖角状洞穴。在这种状态下进行锻造，材料受到重锤的锻打，使工件产生撕裂，形成较大的孔洞，此种缺陷大部分出现在倒角、端面和内径上。锻造过烧套圈的表面形态如桔子皮，上面分布有细小的裂缝和很厚的氧化皮。

由于套圈存在过烧孔洞，过烧组织破坏了晶界，极大地割裂了基体的连续性，降低材料的强度和塑性，增加脆性。由于套圈锻造后表面有很厚的氧化皮，在该工序很难发现过烧现象，只有在车加工或者磨加工后才可能显现出过烧特征。

3.结论及建议

（1）该外圈存在严重的过烧孔洞是造成外圈早期失效的直接原因。

（2）过烧孔洞主要形成于套圈锻造前加热过程，由于加热炉“跑温”、操作人员没有严格执行工艺规程等原因导致加热温度高于工艺温度上限，应该通过定期校准炉温曲线、操作人员严格执行工艺规程，严查工艺纪律等手段降低过烧概率。

增加探伤工序，宜采用荧光磁粉进行探伤，使缺陷显示更为清晰，麻点孔洞为锻造过烧缺陷所致，发现过烧套圈，应立即报废。

(运转世界大国龙腾 龙出东方 腾达天下 龙腾三类调心滚子轴承 刘兴邦C E MB MA)

特大型调心滚子轴承偏载失效案例详情

这里的调心滚子轴承是使用在某风力发电机上的主轴轴承，据了解，该大型调心滚子轴承在使用过程中承受了较大的轴向载荷，从而导致调心滚子轴承偏载，整套轴承无法进行调心，造成轴滚道表面剥落，最终导致轴承失效的。

1、调心滚子轴承偏载失效宏观形貌

该调心滚子轴承一侧靠近近齿轮箱， 标为A侧；另一侧靠近叶片，标为B侧。外圈两侧滚道表面A侧存在浅层剥落及碾压痕迹，部分区域表面变色，其端面靠外径面侧存在周向运转磨损痕迹；另一侧滚道表面存在周向磨损痕迹及多条轴向压痕，如图1a所示。外径表面存在微动腐蚀痕迹，如图1b所示。

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图1  调心滚子轴承外圈部分形貌

内圈两侧滚道表面A侧存在多处剥落，碾压严重;B侧运转磨损痕迹不明显；两端挡边存在挤压、磨损痕迹，如图2a所示。内径表面存在明显的微动腐蚀痕迹，如图2b所示。

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图2 失效轴承内圈部分形貌

对轴承内圈A侧滚道剥落处观察发现，剥落以图示箭头方向由A侧外挡边侧沿轴向向内扩展，如图3所示。

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图3 轴承内圈剥落形貌

A侧滚子工作表面存在剥落，碾压严重，表面变色；B侧滚子两端及中间区域存在周向运转磨损痕迹，如图4所示。

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图4 失效轴承部分滚子形貌

A侧保持架兜孔内存在大量金属碎屑及较深挤压痕迹及运转磨损痕迹，部分兜孔边沿存在卷边现象； B侧保持架兜孔内有极少量金属屑，挤压痕迹及运转磨损痕迹较轻，如图5所示。

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图5 失效轴承保持架兜孔

2、导致调心滚子轴承偏载失效的原因分析

1）调心滚子轴承在安装、使用中如果受到较大的轴向载荷，使得单侧滚道承载较大，容易产生轴承卡死、旋转不灵活、无法调心等不良影响，导致轴承失效。

2）该调心滚子轴承外圈、内圈的A侧滚道剥落、碾压严重，内圈剥落由A侧外挡边沿轴向向内扩展，并且A 侧滚子滚动面也存在剥落、磨损痕迹，以及该侧的保持架碾压严重，说明轴承在使用中受到了较大的轴向载荷，导致轴承偏载，一侧滚道承载较大，另一侧滚道承载较小，无法进行调心，造成轴承套圈A侧滚道及该侧滚子工作表面疲劳剥落，最终导致轴承失效。

3）由该轴承内圈内径表面轴向等间距微动腐蚀痕迹看出，轴承在运转过程中振动较大或者与主轴配合面不够紧密，接触表面作微小往复摆动，表面微凸体氧化并被磨掉，产生微动腐蚀。

4）另外，轴承外圈两处淬回火屈氏体组织不符合标准要求，说明该外圈热处理工艺不当，产生了不合格的屈氏体组织，降低了轴承的使用寿命。

5）剥落处碾压严重，说明轴承剥落后并没有停止运转，继续运转一段时间，直至轴承温度升高，温度检测器报警。

3、调心滚子轴承失效主要原因

调心滚子轴承在使用过程中承受较大的轴向载荷，使得单侧滚道承载较大，导致轴承偏载。整套轴承在运转过程中，无法调心，造成轴承套圈滚道及滚子工作表面疲劳剥落，导致轴承失效，此调心滚子轴承使用过程中发生偏载，是轴承失效的主要原因，由于热处理可不当，轴承外圈产生不合格的屈氏体组织，降低了轴承的使用寿命。

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