轴承的失效原因和失效的形态是什么?

   2023-04-26 12:37:15 网络740
核心提示:轴承的失效形态和其对应的失效原因如下: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

轴承的失效原因和失效的形态是什么?

轴承的失效形态和其对应的失效原因如下:

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2。5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、提高轴承密封装置的密封性等。

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置(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、密封装置失效

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。

六、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置和分布来判断,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、轴承配置不当、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置、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、轴承配置、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或紫蓝色,形成烧伤现象,这种情况的变色轴承就不能再继续使用了。

滚动轴承的几种失效形式的分析

大量的应用实践和寿命实验都表明,轴承失效多为接触表面疲劳。将疲劳列在轴承六种常见失效模式之首,被列在第六位的断裂在形成过程中也因有疲劳的原因,被称为疲劳断裂。典型的疲劳失效分为次表面起源型和表面起源型。

一.次表面起源型疲劳

滚动接触最大接触应力发生在表面下一定深度的某处,在交变应力的反复作用下,在该处形成疲劳源(微裂纹)。裂纹源在循环应力下逐步向表面扩展,形成开放式的片状裂缝,进而被撕裂为片状颗粒从表面剥落,产生麻点、凹坑。如该处轴承钢存在某种薄弱点、或缺陷(常见的如非金属夹杂物、气隙、粗大碳化物的晶界面),将加速疲劳源的形成和疲劳裂纹的扩展,大大降低疲劳寿命。

二.表面起源型疲劳

接触表面处有损伤,这些损伤可能是原始的,即制造过程中形成的划伤、碰痕,也可能是使用中产生的,如润滑剂中的硬颗粒,轴承零件相对运动产生的微小擦伤;损伤处可能存在润滑不良,如润滑剂贫乏,润滑剂失效;不良的润滑状态加剧滚动体与滚道之间的相对滑动,导致表面损伤处的微凸体根部产生显微裂纹;裂纹扩展导致微凸体脱落,或形成片状剥落区。这种剥落深度较浅,有时易与暗灰色蚀斑相混淆。

三.疲劳断裂

疲劳断裂的起源是过度紧配合产生的装配应力与循环交变应力形成的疲劳屈服,装配应力、交变应力与屈服极限之间的平衡一旦失去,便会沿套圈轴线方向产生断裂,形成贯穿状的裂缝。

实践中正常使用失效的轴承,其损坏大多如上所述,即接触表面疲劳,而三种疲劳失效类型又以次表面起源型疲劳最为常见,ASO281和ISO281/amd.2推荐的轴承寿命计算方法就是以次表面起源型疲劳为基础得出的。

常用的抗疲劳方法有:

A. 热处理技术

热处理是常用的改善材料力学性能的工艺方法,为了适应不同材料零件的不同使用要求,需要选择不同的热处理工艺,预先热处理组织、淬火加热温度、加热速度、冷却方式(介质与速度)、回火温度与时间等都对机械性能有明显影响,要对诸多热处理参数进行优化、组合,以求得适应使用条件的最佳性能,从而延长零件的耐疲劳寿命。构建热处理虚拟生产平台,推动热处理技术向高新技术知识密集型转变。热处理工艺参数的优化及发展数字化热处理技术是实现抗疲劳制造的重要前提。

B. 表面化学热处理

表面化学热处理的改性作用主要在表面,可根据不同的使用要求,选择渗入的化学元素,如渗碳后淬回火以提高表面硬度,但工件畸变不易控制:渗氮后形成金属氮化物可获得更高的表面硬度及耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能,且工件畸变小,但效率不高;共渗工艺使硬度、耐磨、耐蚀、抗疲劳性能更优,且淬火畸变少,但硬化层薄,不宜于重载工件。表面化学热处理的发展方向是扩大低温化学处理的应用,提高渗层质量,加速处理过程,发展环保型工艺、复合渗工艺及模拟数字化处理技术。

C. 表面强化技术的应用

传统的表面强化技术源于冷作硬化原理,如抛丸、喷砂、喷丸等,新的表面强化技术如激光表面硬化、激光喷丸表面硬化、超声滚光硬化、化学方法表面硬化,复合各种工艺的表面硬化新技术已在许多领域中被成功应用,如激光一喷丸工艺(激光冲击处理),使用高能脉冲激光在零件表面形成冲击波,使表面材料产生压缩和塑性变形,形成表面残余压应力,从而增强了抗疲劳能力(如抗应力裂纹、耐腐蚀疲劳等)。

D. 表面改性技术

常用的表面改性技术主要有离子注入和表面涂覆。

离子注入是非高温过程,没有冶金学和平衡相图的限制,可根据不同需要选择不同注入元素与剂量以获得预期的表面性能。如:注入铬离子以增强基体材料的抗腐蚀和耐疲劳能力;注入硼离子以增强基体的抗磨损能力。

表面涂覆技术包括物理气相沉积(PVD),化学气相沉积(CVD)射频溅射(RF)离子喷镀(PSC),化学镀等。

此外,离子渗工艺在一定真空度下利用高压直流电使被渗元素处于离子状态,使产生的离子流轰击工件表面,在表面形成化合物达到降低摩擦、提高耐磨性的目的。

E. 微细加工与光整技术

作为一种先进的制造技术,高精度的微细加工与调配、光整技术,也为提高基础零件的抗疲劳能力发挥出重要作用。超精密的研磨加工、涡流光整加工,以降低工件表面粗糙度为目的,加工后的表面理化特性、力学特性、接触处的轮廓形状都发生有益的改变,可修正接触应力分布,利于动力润滑油膜的形成,提高疲劳寿命。

F. 协调硬度匹配

不同零件的硬度匹配关系,也能协调滚动接触处的应力与应变传递状态,对延长零件的疲劳寿命产生明显效果。

滚动轴承的主要失效形式有哪些

滚动轴承主要的失效的形式:

1、磨损失效

2、疲劳失效

3、腐蚀失效

4、断裂失效

5、压痕失效

6、胶合失效

滚动轴承磨损是轴使用过程中常见的设备问题,主要是由轴的金属特性造成的:金属虽然硬度高,但是退让性差(变形后无法复原)、抗冲击性能差、抗疲劳性能差,因此容易造成粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、微动磨损等。

大部分的轴类磨损不易察觉,只有出现机器高温、跳动幅度大、异响等情况时,才会引起察觉,但是到人们发觉时,大部分滚动轴都已磨损,从而造成机器停机。

扩展资料:

滚动轴承按照结构可分为:

1、深沟球轴承

深沟球轴承结构简单,使用方便,是生产批量最大,应用范围最广的一类轴承。它主要用于承受径向载荷,也可承受一定的轴向载荷。当轴承的径向游隙加大时,具有角接触轴承的功能,可承受较大的轴向载荷。应用于汽车,拖拉机,机床,电机,水泵,农业机械,纺织机械等。

2、滚针轴承

滚针轴承装有细而长的滚子(滚子长度为直径的3~10倍,直径一般不大于5mm),因此径向结构紧凑,其内径尺寸和载荷能力与其他类型轴承相同时,外径最小,特别适用与径向安装尺寸受限制的支承结构。根据使用场合不同,可选用无内圈的轴承或滚针和保持架组件。

此时与轴承相配的轴颈表面和外壳孔表面直接作为轴承的内.外滚动表面,为保持载荷能力和运转性能与有套圈轴承相同,轴或外壳孔滚道表面的硬度.加工精度和表面和表面质量应与轴承套圈的滚道相仿。此种轴承仅能承受径向载荷。

例如:万向节轴,液压泵,薄板轧机,凿岩机,机床齿轮箱,汽车以及拖拉机机变速箱等 。

3、角接触轴承

角接触球轴承极限转速较高,可以同时承受经向载荷和轴向载荷,也可以承受纯轴向载荷,其轴向载荷能力由接触角决定,并随接触角增大而增大。多用于:油泵、空气压缩机、各类变速器、燃料喷射泵、印刷机械 。

4、调心球轴承

调心球轴承有两列钢球,内圈有两条滚道,外圈滚道为内球面形,具有自动调心的性能。可以自动补偿由于轴的绕曲和壳体变形产生的同轴度误差,适用于支承座孔不能保证严格同轴度的部件中。该种轴承主要承受径向载荷,在承受径向载荷的同时

亦可承受少量的轴向载荷,通常不用于承受纯轴向载荷,如承受纯轴向载荷,只有一列钢球受力。主要用在联合收割机等农业机械,鼓风机,造纸机,纺织机械,木工机械,桥式吊车走轮及传动轴上。

5、调心滚子轴承

调心滚子轴承句有两列滚子,主要用于承受径向载荷,同时也能承受任一方向的轴向载荷。该种轴承径向载荷能力高,特别适用于重载或振动载荷下工作,但不能承受纯轴向载荷;调心性能良好,能补偿同轴承误差。

主要用途:造纸机械、减速装置、铁路车辆车轴、轧钢机齿轮箱座、破碎机、各类产业用减速机等等。

6、推力球轴承

推力球轴承是一种分离型轴承,轴圈"座圈可以和保持架"钢球的组件分离。轴圈是与轴相配合的套圈,坐圈是与轴承座孔相配合的套圈,和轴之间有间隙。 推力球轴承只能承受轴向负荷,单向推力球轴承只能承受一个方向的轴向负荷,双向推力球轴承可以承受两个方向的轴向负荷。

推力球承受不能限制轴的径向位移,极限转速很低。单向推力球轴承可以限制轴和壳体的一个方向的轴向位移,双向轴承可以限制两个方向的轴向位移。主要应用于汽车转向机构,机床主轴。

7、推力滚子轴承

推力滚子轴承用于承受轴向载荷为主的轴.经向联合载荷,但经向载荷不得超过轴向载荷的55%。与其它推力滚子轴承相比,此种轴承摩擦因数较低,转速较高,并具有调心能力。29000型轴承的滚子为非对称型球面滚子,能减小棍子和滚道在工作中的相对滑动

并且滚子长.直径大,滚子数量多载荷容量大,通常采用油润滑,个别低速情况可用脂润滑。在设计选型时,应优先选用。 主要应用于水力发电机, 起重机吊钩,等等 。

8、圆柱滚子轴承

圆柱滚子轴承的滚子通常由一个轴承套圈的两个挡边引导,保持架.滚子和引导套圈组成一组合件,可与另一个轴承套圈分离,属于可分离轴承。此种轴承安装,拆卸比较方便,尤其是当要求内.外圈与轴.壳体都是过盈配合时更显示优点。

此类轴承一般只用于承受径向载荷,只有内.外圈均带挡边的单列轴承可承受较小的定常轴向载荷或较大的间歇轴向载荷。 主要用于大型电机,机床主轴,车轴轴箱,柴油机曲轴以及汽车,托牢记的变箱等

9、圆锥滚子轴承

圆锥滚子轴承主要适用于承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷,而大锥角圆锥滚子轴承可以用于承受以轴向载荷为主的径,轴向联合载荷。此种轴承为分离型轴承,其内圈(含圆锥滚子和保持架)和外圈可以分别安装。

在安装和使用过程中可以调整轴承的经向游隙和轴向游隙,也可以预过盈安装用于汽车后桥轮毂,大型机床主轴,大功率减速器,车轴轴承箱,输送装置的滚轮 。

10、带座外球面球轴承

带座外球面球轴承由两面带密封的外球面球轴承和铸造的(或钢板冲压的)轴承座组成。外球面球轴承的内部结构与深沟球轴承相同,但此种轴承的内圈宽于外圈.外圈具有截球形外表面,与轴承座的凹球面相配能自动调心。

通常此种轴承的内孔与轴之间有间隙,用顶丝,偏心套或紧定套将轴承内圈固定在轴上,并随轴一起转动。带座轴承结构紧凑,装卸方便,密封完善,适用于简单支承,常用于采矿.冶金.农业.化工.纺织.印染.输送机械等。

参考资料来源:百度百科-轴承故障诊断

参考资料来源:百度百科-滚动轴承

轴承的失效机理

1、接触疲劳失效

接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生的材料疲劳失效。接触疲劳失效常见的形式是接触疲劳剥落。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面,往往伴随着疲劳裂纹,首先从接触表面以下最大交变切应力处产生,然后扩展到表面形成不同的剥落形状。

如点状为点蚀或麻点剥落,剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大,会慢慢向深层扩展,形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。

2、磨损失效

磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏,并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它问题。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一,按磨损形式通常可分为磨粒磨损和粘着磨损。

磨粒磨损是指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损,常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。

粘着磨损是指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均,在润滑条件严重恶化时,因局部摩擦生热,易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象,严重时表面金属可能局部熔化,接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。

3、断裂失效

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。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、腐蚀失效

有些滚动轴承在实际运行当中不可避免的接触到水、水汽以及腐蚀性介质,这些物质会引起滚动轴承的生锈和腐蚀。另外滚动轴承在运转过程中还会受到微电流和静电的作用,造成滚动轴承的电流腐蚀。

滚动轴承的生锈和腐蚀会造成套圈、滚动体表面的坑状锈、梨皮状锈及滚动体间隔相同的坑状锈、全面生锈及腐蚀。最终引起滚动轴承的失效。

5、游隙变化失效

滚动轴承在工作中,由于外在或内在因素的影响,使得原有配合间隙改变,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。

扩展资料

滚动轴承中的向心轴承(主要承受径向力)通常由内圈、外圈、滚动体和滚动体保持架4部分组成。内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转,外圈装在轴承座孔中。

在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。当内外圈相对转动时,滚动体即在内外圈的滚道上滚动,它们由保持架隔开,避免相互摩擦。推力轴承分紧圈和活圈两部分。

紧圈与轴套紧,活圈支承在轴承座上。套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢制造,淬火后表面硬度应达到HRC60~65。保持架多用软钢冲压制成,也可以采用铜合金夹布胶木或塑料等制造。

参考资料来源:百度百科-滚动轴承

1.接触疲劳失效

接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生的材料疲劳失效。

2.磨损失效

磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。

3.断裂失效

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。

4.腐蚀失效

有些滚动轴承在实际运行当中不可避免的接触到水、水汽以及腐蚀性介质,这些物质会引起滚动轴承的生锈和腐蚀。另外滚动轴承在运转过程中还会受到微电流和静电的作用,造成滚动轴承的电流腐蚀。

5.游隙变化失效

滚动轴承在工作中,由于外在或内在因素的影响,使得原有配合间隙改变,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。

滚动轴承常见失效模式及对策

1. 沟道单侧极限位置剥落

采取的对策是确保轴承安装到位或将自由侧轴承外圈配合改为间隙配合,以期轴承过载时使轴承得到补偿。

2. 沟道在圆周方向呈对称位置剥落

采取的对策是提高外壳孔加工精度或尽可能不采用外壳孔两半分离结构。

3. 滚道倾斜剥落

采取对策为确保轴承安装质量与提高轴肩、孔肩的轴向跳动精度,或提高润滑油的粘度以获得较厚的润滑油膜。

4.套圈断裂

采取的对策是避免过载冲击载荷、选择适当的过盈量、提高安装精度、改善使用条件及加强轴承制造过程中的质量控制。

干货!滚动轴承的失效分干货

5. 保持架断裂

a.保持架异常载荷。

b. 润滑不良

c.外来异物的侵入是造成保持架断裂失效的常见模式。

d. 蠕变现象也是造成保持架断裂的原因之一。

e. 保持架材料缺陷(如裂纹、大块异金属夹杂物、缩孔、气泡)及铆合缺陷(缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙,严重铆伤)等均可能造成保持架断裂。

采取对策为在制造过程中加以严格控制。

6. 卡伤

可以通过适当的预压,改善润滑剂和润滑方法,提高轴、轴承箱的精度来解决。

7. 磨损

磨损失效是指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。

8.擦伤

解决方法:改善预压,改善轴承游隙,使用油膜性好的润滑剂,改善润滑方法,改善密封装置等。

9. 压痕

解决方法:改善密封装置,过滤润滑油,改善组装及使用方法等。

10. 烧伤

可以通过改善润滑剂及润滑方法,纠正轴承的选择,研究配合、轴承间隙和预压,改善密封装置,检查轴和轴承箱的精度或改善安装方法来解决。

11. 电流腐蚀

解决方法:在设定电路时,电流不通过轴承,对轴承进行绝缘,静电接地。

12.生锈腐蚀

解决的方法有:改善密封装置,研究润滑方法,停转时的防锈措施,改善保管方法,使用时要加以注意。

干货!滚动轴承的失效分干货

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除上述常见的失效形式外,滚动轴承在实际运行中还有很多的失效形式,有待我们进一步的分析研究。综上所述,从轴承常见失效机理与失效模式可知,尽管滚动轴承是精密而可靠的机构基础体,但使用不当也会引起早期失效。

一般情况下,如果能正确使用轴承,可使用至疲劳寿命为止。轴承的早期失效多起于主机配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等方面的因素。

以上就是关于轴承的失效原因和失效的形态是什么?全部的内容,如果了解更多相关内容,可以关注我们,你们的支持是我们更新的动力!

 
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