軸承的失效分析

1、.32236軸承失效分析1軸承失效分析4滾柱軸承失效分析6滑動軸承失效分析7 32236軸承失效分析 一、背景介紹軸承的運行工作狀態(tài)參數(shù): 轉(zhuǎn)速595 r/min，安裝使用在臥式脫硫泵。使用圓錐軸承32236與另一套30236背靠背安裝在聯(lián)軸器一側(cè)，另一端是NU336在葉輪一側(cè)。該泵用于火力發(fā)電廠脫硫車間泵房脫硫泵，投入使用后運行時間大約10個月設(shè)備出現(xiàn)軸承溫度偏高停機。二、目的本次分析任務(wù)是為了找出軸承軸向游隙偏小的原因，分析制定改進方式，防止這種現(xiàn)象再次產(chǎn)生。軸承標(biāo)識及損壞情況 照片1 ：外圈端面標(biāo)識： 32236A GERMANY 1/9 O. D(由于氣焊燒烤字跡不太清晰) 照片2：滾

2、動體燒黑，保持架斷裂，滾動體出現(xiàn)位置偏移照片3：兩套軸承已經(jīng)變色，即軸承受到了高溫照片4滾動體出現(xiàn)滑動一邊磨損，而且兩個滾動體已經(jīng)熱融化焊在了一起。分析報告根據(jù)現(xiàn)場及照片分析如下：軸承受到了高溫的作用。根據(jù)以往經(jīng)驗，產(chǎn)生高溫的可能性：（1）軸承負(fù)荷過載；（2）軸承游隙過??；（3）軸承潤滑不良。因為軸承是無源元件，自己不會發(fā)熱。因為脫硫泵葉輪負(fù)荷較小，無振動沖擊等現(xiàn)象，可以排除軸承負(fù)荷過載。如果軸承游隙過小，軸承在一小時或幾小時內(nèi)就會抱住燒壞，而此軸承已經(jīng)運行了10個月。所以，也排除了軸承游隙過小的原因。懷疑滾動體數(shù)量不夠，認(rèn)為缺少兩粒則缺乏依據(jù)。因為此圓錐軸承安裝時為分體安裝，即先裝30236

3、內(nèi)圈，再依次裝30236外圈、外隔圈、32236A外圈、最后裝32236A內(nèi)圈。而且，滾動體和保持架與內(nèi)圈是在一起的，并且暴露在外的。如果真的缺少兩粒滾動體，必然會發(fā)現(xiàn)的。而且軸承出廠100%檢查是不可能缺少滾動體的。如果真的缺少兩粒滾動體，在第一次試車運轉(zhuǎn)時，由于動平衡不好，會出現(xiàn)很大的噪音與振動，當(dāng)場就能夠發(fā)現(xiàn)。而且也轉(zhuǎn)不了十個月。從照片2可以看出滾動體擠向一邊，將保持架拉斷。滾動體相對保持架的位置已經(jīng)移動，由此不能斷定是滾動體缺失。由于排除了上述幾項因素，只剩下潤滑不良了。由于該軸承實際潤滑方式為油浴潤滑，而油浴潤滑的最低條件必須是最低油位要高于下面滾動體的一半，如果油位偏低，運轉(zhuǎn)時軸承

4、上半圈外滾道甩不上油會造成潤滑不良。而潤滑不良會導(dǎo)致軸承發(fā)熱，而軸承發(fā)熱后內(nèi)圈和滾動體會膨脹導(dǎo)致軸承游隙減小形成負(fù)游隙，軸承負(fù)游隙會形成運行阻礙力進一步導(dǎo)致發(fā)熱，越熱越緊，越近越熱形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致軸承滾動體抱住不轉(zhuǎn)。在繼續(xù)強制用力下，滾動體開始強行滑動，導(dǎo)致滾動體半邊磨損請見照片4所示。 ，檢測分析 如果滾動體全在，保持架孔數(shù)可以觀察，可以通過比對同型號新軸承滾動體個數(shù)來驗證滾動體是否缺失。由于軸承損壞嚴(yán)重并缺失部件，已經(jīng)無法對其進行檢測。六結(jié)論和建議 軸承可能出現(xiàn)過油位不足，導(dǎo)致軸承發(fā)熱損壞。 建議：應(yīng)勤檢查油位（因為32236的滾動體最低中心位置相對較高,應(yīng)以此軸承油位為準(zhǔn)），如果油

5、位不足應(yīng)及時填加潤滑油。 軸承失效分析 概 述 軸承在正常的安裝和潤滑維護情況下，一直可以使用到軸承的工作表面因疲勞而引起材料剝落為止，即可以使用到軸承的計算壽命的終止有時還可以超過計算壽命的數(shù)倍。而在實際的使用中，滾動軸承常常因過早的損壞而報廢，軸承的過早損壞可以來自軸承的制造缺陷和軸承材料的不良，但更多的則來自軸承的使用不當(dāng)、維護和潤滑不良等。要正確地找出軸承損壞的原因是很困難的，一個輕微損壞的軸承可以從軸承的使用情況，特別是軸承工作表面的磨損狀況、磨損的軌跡等來分析其損壞的原因。而一個損壞嚴(yán)重的軸承或是因軸承的突發(fā)事故完全損壞的軸承，往往是最終的破壞現(xiàn)象掩蓋了初始的殘骸，由于這些現(xiàn)象常常

6、是人們?nèi)菀谆煜溯S承損壞的最主要原因，因此只能從軸承的工作條件載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑、支撐的整體結(jié)構(gòu)如軸承的配置、配合及損壞形式用推理分析的方法，及借助其它的科學(xué)分析手段來判斷。在軸承的實際使用中一般情況下沒有必要去追究軸承的損壞原因，而應(yīng)立足于軸承故障的早期診斷。防止因軸承損壞和事故而引起的停機、停產(chǎn)和損壞設(shè)備的更大損失。對于重要部位，則應(yīng)認(rèn)真地研究和分析軸承損壞的原因，并采取相應(yīng)的有效措施。軸承失效分析是一項很細(xì)致的技術(shù)工作，其主要包括：背景調(diào)查：軸承的運行工作狀態(tài)參數(shù)，如載荷、轉(zhuǎn)速及原始軸承的有關(guān)數(shù)據(jù)的分析和計算。軸承安裝部位的形位公差的測量，軸承和軸頸、軸殼配合情況的分析，軸承座的安裝配合和

7、使用情況的調(diào)查，軸承的安裝和拆卸的方法是否正確。軸承損壞前的異?，F(xiàn)象，如 振動、噪聲、溫升，電機的電流變化以及外部負(fù)荷的變化。等等?，F(xiàn)場情況：現(xiàn)象及現(xiàn)場保護， 先要保護已損壞的軸承部位的現(xiàn)場，在拆卸軸承前應(yīng)先記下有關(guān)的情況，特別要記下軸承外（內(nèi)）圈相對軸承座負(fù)載方向的位置。對已損壞的軸承零件要盡量收集完整?，F(xiàn)場檢查軸承的潤滑 情況，并取樣分析。特別要注意混入油脂中的顆粒狀物體要作進一步的分析。檢查軸承的密封是否失效，檢查是否有異物、水（汽） 從密封處進入軸承。拍攝照片存檔。失效分析：利用SKF的P4和MA軟件進行頻譜分析。軸承痕跡分析如 失油、歪斜和水汽腐蝕、電流腐蝕，蠕動現(xiàn)象等等；可以推斷軸

8、承的失效原因。軸承的潤滑系統(tǒng)，雜物的混入和原始潤滑劑的色澤變化。軸承失效一般由幾個方面可加以考慮：疲勞、磨損、（配合）變形和裝配等因素。利用個人的經(jīng)驗，但必須符合實際情況；切忌在沒有確認(rèn)的情況下亂下定論。 結(jié)論： 分析 的最終結(jié)果?？赡苁沁\用和選型不當(dāng)或軸系本身存在的問題?？赡芄r不佳致使軸承失效?？赡苁前惭b不當(dāng)或公差超差?？赡苁禽S承本身的質(zhì)量問題，等等。建議：根據(jù)現(xiàn)象和分析結(jié)果,建議用戶采取有效的措施避免類似的情況再次發(fā)生，確保軸承正常運轉(zhuǎn)。軸承的選型和相關(guān)的公差配合。軸承的正確安裝和專用工具的使用。軸系的設(shè)計和改良。潤滑和潤滑系統(tǒng)的改善。 滾柱軸承失效分析摘  要：從失效軸承的斷

9、口形狀入手，分析了滾柱和軸承外圈的內(nèi)部夾雜物、顯微組織及裂紋形態(tài)，提出了軸承失效的原因。三峽大壩施工用的挖掘機是從韓國進口的，在使用過程中常出現(xiàn)軸承斷裂，致使挖掘機不能正常工作。本文通過對失效的滾柱和軸承外圈的金相組織、顯微硬度等方面的分析，提出了軸承失效的原因。1  失效零件宏觀檢查1.1 滾柱所示，在圓柱面上可看見表層剝落后產(chǎn)生的大小不一的凹坑，且端面受損嚴(yán)重，磨去了很多。將滾柱在凹坑處沿直徑縱向剖開后觀察，剖面右下角有倒三角形空洞，這是該處原有裂紋在開始時剝落造成的。右上角有一條從端面向柱內(nèi)延伸的裂縫，長約4.5mm，裂縫在中部有分枝，裂紋瘦直剛健，尾端尖細(xì)(見圖2)，具有明顯

10、的應(yīng)力裂紋特征。1.2 軸承外圈碎片在外圈碎片上能看到部分疲勞斷口形態(tài)。在碎片距表面0.7mm處可以看見一條與表面平行的裂縫，裂縫斷續(xù)、曲折、尾端尖細(xì)。為該裂縫的一部分，該裂紋同樣具有應(yīng)力裂紋的特征。2  非金屬夾雜物評級(1)滾柱：硫化物l級，點狀及球狀氧化物1.5級。(2)軸承外圈：硫化物1級點狀、球狀氧化物1.5級。3  顯微組織檢查3.1 滾柱3.1.1 心部組織心部組織為回火隱針馬氏體，粒狀碳化物及殘余奧氏體組成。滾柱原始組織4%稍酸酒精浸蝕  ×5003.1.2 表面凹坑周圍組織在滾柱表面剝落形成的凹坑處觀察金相組織時發(fā)現(xiàn)：凹坑底部是一白亮層

11、，其寬度約為0.180.5mm，長為15mm。白亮層內(nèi)有三條橫向裂紋。凹坑底部次外層緊靠白亮層有一寬約0.400.50mm的暗區(qū)，暗區(qū)過后才是滾柱原始組織。白亮區(qū)和暗區(qū)間組織為淬火馬氏體，暗區(qū)為回火隱針細(xì)針馬氏體+少量顆粒狀碳化物+殘余奧氏體。3.1.3 顯微硬度為了反映三種不同顏色的組織在硬度上的區(qū)別，我們由表及里對滾柱剖面進行了顯微硬度測試，直觀地反映了顯微硬度壓痕大小變化情況：白亮層中壓痕最小，暗區(qū)內(nèi)壓痕最大，顏色稍淺的原始組織壓痕居中。三個區(qū)的平均硬度值分別為：白亮區(qū)HV0.11264、暗區(qū)HV0.1551、原始組織HV0.1800。滾柱坑底部的白亮區(qū)、暗區(qū)、原始組織及顯微硬度壓痕&#

12、160; ×2004%稍酸酒精浸蝕3.2 軸承外圈顯微組織軸承外圈顯微組織為回火隱針馬氏體+少量粒狀碳化物及殘余奧氏體。3.3 表面硬度3.3.1 滾柱滾柱表面上大多數(shù)點的硬度在HRC6061之間，但也有的地方縱向一條線硬度均為HRC5657之間。3.3.2 軸承外圈碎片硬度經(jīng)測試，軸承外圈碎片內(nèi)表面硬度為HRC5859。4  滾柱表面坑產(chǎn)生原因分析從白亮區(qū)的淬火馬氏體組織我們可以推知，滾柱在運轉(zhuǎn)過程中因為彼此壓得太緊，因摩擦產(chǎn)生了大量的熱，被擠壓部位就形成了高溫區(qū)，由于有潤滑油存在，因此表面上高溫部位被重新淬火，形成了淬火馬氏體(腐蝕后呈白亮色)。由于局部高溫的作用，使緊

13、靠表面的次表層又接受了一次回火，因此次回火溫度高于滾柱原來熱處理時的回火溫度，致使次表層硬度下降，極易剝落，剝落后就形成了坑，我們所看到的凹坑底部的白亮區(qū)實際是表層剝落后殘留下來的。由此，我們不難得出結(jié)論：滾柱上的裂紋是由于滾柱裝配過緊，運轉(zhuǎn)時彼此撞壓，使局部發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變，在巨大的組織應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，因此具有應(yīng)力裂紋特征。由于組織轉(zhuǎn)變使得軸承內(nèi)滾柱體積變大，使軸承外圈內(nèi)表面承受了極大的壓應(yīng)力，因而最終被撐裂滑動軸承失效分析滑動軸承在工作中喪失其規(guī)定功能，從而導(dǎo)致故障或不能正常工作的現(xiàn)象稱為失效。軸承的失效按其壽命可分為正常失效和早期失效兩種。分析工作主要是針對早期失效的軸承，找出其失效的原

14、因，提出改進措施，以提高軸承運轉(zhuǎn)的壽命和可靠性。由此可見，軸承的失效分析是提高軸承可靠性系統(tǒng)工程中的重要環(huán)節(jié)，是一門跨學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，它既有綜合性，又有實用性。所謂綜合性表現(xiàn)在它涉及面很廣，包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械制造工藝、材料的選用與冶金技術(shù)，以及摩擦學(xué)、腐蝕學(xué)、工程力學(xué)、斷裂力學(xué)、金屬物理和表面物理等廣泛的學(xué)科領(lǐng)域和技術(shù)門類。失效分析技術(shù)必須依賴于這些相關(guān)學(xué)科的發(fā)展而向前發(fā)展，而這些相關(guān)學(xué)科的發(fā)展又都與失效分析工作密切相關(guān)。所謂實用性表現(xiàn)在軸承的失效分析工作必須從生產(chǎn)實際出發(fā)并緊密地為生產(chǎn)服務(wù)。它的積極意義在于：(1)可以分析出軸承失效的主要原因，提出改進措施，不斷提高軸承產(chǎn)品的質(zhì)量。(2

15、)可以判斷設(shè)計是否合理，糾正某些不盡合理的方面以提高軸承產(chǎn)品的可靠性。(3)可以發(fā)現(xiàn)軸承零件在冷、熱加工中存在的問題。糾正不合理的加工工藝。(4)可以判斷材料選擇的合理性及原材料質(zhì)量存在的間題。所以說軸承的失效分析工作是與軸承產(chǎn)品質(zhì)量及其生產(chǎn)發(fā)展密切相關(guān)的重要工作。本文的探討將以滾動軸承的失效為主。一、軸承失效的表現(xiàn)形式軸承失效一般可分為止轉(zhuǎn)失效和喪精失效兩種。止轉(zhuǎn)失效就是軸承因失去工作能力而終止轉(zhuǎn)動。例如卡死、斷裂等。喪精失效就是因幾何尺寸變化了配合間隙，失去了原設(shè)計要求的回轉(zhuǎn)精度，雖尚能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，但屬非正常運轉(zhuǎn)。例如磨損、腐蝕等。軸承失效的影響因素很復(fù)雜，而且各類軸承的工作條件和失效因素的

16、差異，產(chǎn)生的失效形式和形貌特征亦各不相同。按其損傷機理大致可分為：接觸疲勞失效、摩擦磨損失效、斷裂失效、變形失效、腐蝕失效和游隙變化失效等幾種基本形式。1.接觸疲勞失效接觸疲勞失效是各類軸承表面最常見的失效形式之一，是軸承表面受到交變應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的失效。接觸疲勞剝落在軸承表面也有疲勞裂紋的萌生、擴展和斷裂的過程。初始的接觸疲勞裂紋首先從接觸表面以下最大正交切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后擴展到表面形成剝落，如麻點狀的稱為點蝕或麻點剝落，剝落成小片狀的稱淺層剝落。初始裂紋在硬化層與心部交界區(qū)產(chǎn)生，造成硬化層的早期剝落則稱為硬化層剝落。2.磨損失效軸承零件之間相對滑動摩擦導(dǎo)致表面金屬不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。

17、持續(xù)的磨損將使零件尺寸和形狀變化，軸承配合游隙增大，工作表面形貌變壞從而喪失旋轉(zhuǎn)精度，使軸承不能正常工作，稱為軸承的磨損失效。磨損失效也是各類軸承表面最常見的失效形式之一，按其磨損形式可分為磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、微動磨損和疲勞磨損等，其中最常見的為磨粒磨損和粘著磨損。軸承零件的摩擦面之間擠入外來硬顆粒或金屬表面的磨屑，引起摩擦面磨損的現(xiàn)象稱為磨粒磨損，它常在軸承表面造成鑿削式或犁溝式的擦傷。外來硬顆粒常常來自于空氣中的灰塵或潤滑劑中的雜質(zhì)。粘著磨損主要是由于摩擦表面的顯微突起或摩擦異物使摩擦面受力不均，局部摩擦熱有可能使摩擦面形成顯微焊合。摩擦表面溫升高，會造成潤滑油膜破裂，嚴(yán)重時表面

18、層金屬將會局部熔化，接觸點產(chǎn)生粘著、撕脫、再粘著的循環(huán)過程，構(gòu)成粘著的磨損.嚴(yán)重的粘著磨損會造成摩擦面的焊合和卡死。3.斷裂失效軸承零件斷裂將會造成突發(fā)性失效事故，軸承斷裂的主要原因是過載和缺陷兩大因素。由于外加載荷超過軸承零件材料強度極限，造成軸承零件斷裂就稱過載斷裂。過載的原因可能是主機故障，也可能是軸承的結(jié)構(gòu)或安裝不合理。另外.軸承零件存在著微裂紋、縮孔、氣泡和大塊外來夾雜物等缺陷，在正常載荷作用下，也會在缺陷處引起斷裂，稱為缺陷斷裂。軸承套圈和滾動體經(jīng)鍛造、熱處理和磨加工過程中產(chǎn)生的過熱、過燒、局部燒傷和表面裂紋就可能會引起軸承的斷裂失效。特別是磨削燒傷檢查時不易發(fā)現(xiàn)，有磨削燒傷的套圈

19、一受沖壓或振動就可能斷裂。4.塑性變形失效在外力和環(huán)境溫度作用下.軸承零件表面局部塑性流動或整t、變形，致使整套軸承不能正常工作而造成的失效稱為變形失效。例如保持架翹曲、歪扭、兜孔拉長或框形保持架變形、靠套瓷都會造成軸承的早期失效。另外軸承摩擦表面塑性劃痕也會引起振動和噪聲增大、溫度升高，從而加速軸承的早期失效。5.腐蝕失效軸承零件金屬表面同環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，造成的表面損傷和軸承的失效稱為腐蝕失效。能對軸承零件表面起化學(xué)作用的環(huán)境介質(zhì)有大氣、濕氣、燃料和潤滑油的氧化產(chǎn)物(酸類、酮類、乙醇等)以及氧化產(chǎn)物的蒸氣等。通常軸承表面腐蝕可以分為電介質(zhì)腐蝕、有機酸腐蝕、其他介質(zhì)腐蝕(如潤滑油

20、中含有硫化物)和電流腐蝕等。腐蝕在軸承零件金屬表面造成氧化膜或腐蝕孔洞，使表面呈現(xiàn)局部或全部變色。硬脆松散的氧化膜和腐蝕反應(yīng)物在載荷作用下剝落，軸承表面生成蝕坑或造成工作表面粗化、進而形成腐蝕磨損或腐蝕疲勞失效。6.游隙變化失效軸承在工作過程中，受外界或內(nèi)在因素變化的影響，改變了原有的配合間隙.使精度降低，甚至造成咬死的現(xiàn)象，稱為游隙變化失效。軸承零件的金相組織(例如殘留奧氏體)和應(yīng)力如果均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著時間的延長其尺寸會產(chǎn)生變化，使軸承喪失運轉(zhuǎn)精度。由于軸承零件的尺寸與形狀不同，膨脹系數(shù)或膨脹量不同，在超常溫下工作就會造成軸承工作游隙變化，軸承也會因失去運轉(zhuǎn)精度造成早期失效。二、影響軸

21、承失效的因素軸承失效的原因往往是多因素的，所有設(shè)計制造過程的影響因素都會與軸承的失效有關(guān)，分析起來不易判斷。在一般情況下可以從外來因素和內(nèi)在因素兩方面考慮和著手分析。外來因素主要是指安裝調(diào)整、使用保養(yǎng)及維護修理等是否符合技術(shù)要求。因而也稱之為使用因素。安裝條件是使用因素中的首要因素產(chǎn)一，軸承往往因安裝的不合適而導(dǎo)致整套軸承各零件之間的受力狀態(tài)發(fā)生變化，軸承將在不正常的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)并提早失效。根據(jù)軸承安裝、使用、維護和保養(yǎng)的技術(shù)要求，對運轉(zhuǎn)中的軸承所承受的載荷、轉(zhuǎn)速、工作溫度、振動噪聲和潤滑條件進行監(jiān)控和檢查。發(fā)現(xiàn)異常立即查找原因，進行調(diào)整，使其恢復(fù)正常。對潤滑劑質(zhì)量和周圍介質(zhì)、氣氛進行分析檢驗也

22、很重要。尤其是潤滑劑的正確使用對延長軸承的使用壽命是至關(guān)重要的。德國的研究者Koch在最近泊勺研究中指出：軸承的壽命與載荷、油的活度和潤滑劑條件有關(guān)，而其增長可能是無限的。按系數(shù)n(當(dāng)n=1時活度最大)評定的潤滑油沒有污垢具有特別的意義，在良好的(厚油膜、高潔度)和惡劣的(薄油膜、有污垢)條件下工作的軸承壽命比為400：1。可見正確的潤滑在軸承壽命中是很重要的。內(nèi)在因素主要是指設(shè)計、制造工藝和材料質(zhì)量等決定軸承質(zhì)量的三大要素。也可稱之為制造質(zhì)量因素。為了提高軸承的壽命和可靠性，人們圍繞著上述三要素，做了大量的研究工作。首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理當(dāng)然不可能有合理的軸承壽命；僅有結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性而不考慮

23、先進性也不會有較長的軸承壽命；只有結(jié)構(gòu)設(shè)計同時具有合理性和先進性，才會有較長的軸承壽命。軸承制造要經(jīng)過鑄造、鍛造、熱處理、車削、磨削和裝配等多種加工工序。各種加工工藝的合理性、先進性和穩(wěn)定性也都會影響到軸承的壽命和失效分析。尤其是直接影響成品軸承質(zhì)量的熱處理和磨加工工藝，往往與軸承的失效有更直接的關(guān)系。近年來對軸承工作表面變質(zhì)層的研究，能夠說明磨削工藝與軸承工作表面質(zhì)量的密切關(guān)系。軸承材料的冶金質(zhì)量曾經(jīng)是滾動軸承早期失效的主要影響因素。隨著冶金技術(shù)(軸承鋼的真空脫氣等)的提高，原材料質(zhì)量得到改善。原材料質(zhì)量在軸承失效分析中所占的比重己經(jīng)明顯下降，但至今仍然是軸承失效的主要影響因素之一。軸承失效

24、分析的主要任務(wù)，就是根據(jù)大量的背景材料、分析數(shù)據(jù)和失效的形式，綜合分析，找出造成軸承失效的主要影響因素，以便有針對性地提出改進措施，延長軸承的服役期，避免軸承突發(fā)性的早期失效。三、軸承失效的分析方法在軸承失效分析過程中，往往會碰到許多錯綜復(fù)雜的現(xiàn)象，各種實驗結(jié)果可能是相互矛盾的，或者主次不易分清，這就需要經(jīng)過反復(fù)試驗、驗證，以獲得足夠的證據(jù)或反證。在整個分析過程中，只有運用正確的分析方法、程序及步驟，才能找到真正的失效原因，得到正確的結(jié)論。失效分析工作者廣博的基礎(chǔ)知識、豐富的實踐經(jīng)驗和先進的分析手段都是非常重要的。一個訓(xùn)練有素的軸承失效分析工作者，在作失效分析時必須從影響軸承壽命的外部條件因素

25、到內(nèi)在質(zhì)量因素給予綜合分析，盡快地確認(rèn)分析的主要程序。一般情況下軸承失效分析大體可分為：失效實物和背景資料的收集；對失效實物的宏觀檢查和微觀分析等三個步驟。1.失效實物和背景材料的收集應(yīng)該盡可能地收集到失效實物的各個零件和殘片。盡量多地了解到失效軸承的實際工作條件、使用過程和制造質(zhì)量情況。這對于正確地進行失效分析是必不可少的。它具體包括以下的內(nèi)容：(1)軸承所服役的機器設(shè)備的工作狀況、載荷和運行速度。軸承在設(shè)備上的設(shè)計工作條件。(2)軸承失效的情況。只有軸承失效還是其他部分也失效，軸承失效屬于什么類型。(3)軸承的安裝運轉(zhuǎn)記錄。運轉(zhuǎn)使用過程中有無不正常操作。(4)軸承工作中所承受的真正載荷情況

26、如何，是否符合原設(shè)計。(5)軸承工作的實際速度及不同速度出現(xiàn)的頻率。(6)失效時是否有溫度的急劇增加或冒煙、噪聲及振動的突然增大。(7)工作環(huán)境中有無腐蝕性介質(zhì)，軸承及其相接觸的軸頸處有無特殊的表面氧化色或其他沾污色。(8)軸承的安裝記錄(包括安裝前軸承尺寸精度的復(fù)檢情況)，軸承和軸承的游隙、裝配和對中情況，軸承座和機架剛性如何，安裝是否有異常。(9)軸承運轉(zhuǎn)是否有熱膨脹及動力傳遞變化。(10)軸承的潤滑情況，包括潤滑劑的牌號、成分、顏色、粘度、雜質(zhì)含量、過濾、更換及供給情況等，并收集其沉淀物作分析。(11)軸承的選材是否正確，用材質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)或圖紙要求。(12)軸承的制造工藝過程是否正常

27、，表面是否有塑性變化，有沒有表面磨削燒傷。(13)失效軸承的修復(fù)和保養(yǎng)記錄。(14)同批或同類軸承的失效情況。在實際的失效分析背景材料收集工作中，全部滿足上述要求是很難的。但收集到的資料愈多，無疑會更有利于分析結(jié)論的正確。2.宏觀檢查對失效軸承進行宏觀檢查(包括尺寸精度測量和表面狀態(tài)檢查分析).是失效分析最重要的環(huán)節(jié)?？傮w的外觀檢查，可了解軸承失效的概貌和損壞部位的特征，估計造成失效的起因，察看缺陷的大小、形狀、部位、數(shù)量和特征并確定截取的部位做進一步的微觀檢查和分析。宏觀檢查的內(nèi)容應(yīng)包括：(1)外形和尺寸精度的變化情況(包括測振分析、動態(tài)函數(shù)分析和滾道圓度分析)。(2)游隙的變化情況。(3)

28、是否有腐蝕現(xiàn)象，在什么部位，是什人類型的腐蝕，是否與失效直接有關(guān)。(4)是否有破裂，裂紋的形態(tài)和斷口性質(zhì)如何。(5)磨損是什么類型的，對失效有多大作用。(6)軸承各部件工作表面變色的情況和部位以確定其潤滑情況和表面溫度效應(yīng)。(7)對失效特征區(qū)主要觀察有無異常磨損、外來顆粒嵌入、裂紋、擦傷和其他缺陷。(8)冷酸洗法或熱酸洗法檢驗軸承零件原始表面有無軟點、脫碳層和燒傷，特別是表面磨削燒傷。(9)用X射線應(yīng)力測定儀測量軸承工作前后的應(yīng)力變化情況。宏觀檢查的結(jié)果，有時也可基本判斷失效的形式和原因，但要進一步確定失效性質(zhì)，取得更多的證據(jù).還必須做微觀分析。3.微觀分析失效軸承的微觀分析包括光學(xué)金相分析、

29、電子顯微分析、探針和電子能譜分析等。主要是根據(jù)失效特征區(qū)的微觀組織結(jié)構(gòu)變化和對疲勞源、裂紋源的分析為失效分析提供更充分的判據(jù)或反證，因而是重要的。微觀分析中最常用、最普及的方法是光學(xué)金相分析和表面硬度檢測。分析的內(nèi)容應(yīng)包括：(1)原材料材質(zhì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。(2)軸承零件的基體組織和熱處理質(zhì)量是否符合質(zhì)量要求。(3)表層組織是否存在脫碳層、屈氏體和其他表面加工變質(zhì)層。(A)測量滲碳層等表面強化層和多層金屬各層組織的深度、腐蝕坑或裂紋的形態(tài)與深度，并根據(jù)裂紋的形狀和兩側(cè)組織特征確定裂紋產(chǎn)生的原因及性質(zhì)。(5)根據(jù)晶粒大小、組織變形、局部相變、重結(jié)晶及相聚集等判斷變形程度、溫升狀況、材料種類

30、及工藝過程等。(6)測量基體硬度、硬度均勻性及失效特征區(qū)的硬度變化。(7)斷口觀察與分析。掃描電子顯微鏡因景深大、放大倍率高及圖象清晰等優(yōu)點，對斷口的觀察、定性和測量更具優(yōu)越性。(8)電子顯微鏡、探針和電子能譜在疲勞源和裂紋源分析中能測出斷口異物的成分，分析斷口的性質(zhì)和斷裂的原因。這里所介紹的軸承失效分析一般方法的三個步驟，是一個由表及里逐步深入的分析過程。具體分析時應(yīng)根據(jù)軸承失效的類型特點，并不是三個步驟中的每一個問題和每一種方法都對應(yīng)使用。這要視具體情況決定取舍。但分析全過程的三步驟是缺一不可的。而且整個分析過程中，分析結(jié)果始終與影響軸承失效的內(nèi)、外諸多因素聯(lián)系起來.綜合思考與判斷。四、軸

31、承的表面質(zhì)量與失效分析滾動軸承的主要失效形式是疲勞和磨損，軸承的疲勞和磨損又總是發(fā)生在其工作表面和表面層，顯然滾動軸承工作表面層的質(zhì)量對軸承的使用壽命是至關(guān)重要的。軸承的失效分析工作離不開對軸承工作表面質(zhì)量和表面工作狀態(tài)的分析。滾動軸承工作表面質(zhì)量研究包括：表面形貌分析，表面變質(zhì)層分析，表面應(yīng)力狀態(tài)分析，以及表面磨損狀態(tài)分析等。表面形貌分析屬摩擦學(xué)的范疇，近年來各國摩擦學(xué)工作者結(jié)合摩擦表面的失效分析，在表面形貌研究中取得了不少成果，盡管表面形貌對表面磨損的影響機理尚不夠成熟，但對于表面形貌的分析工作正在從一維參數(shù)向二維參數(shù)甚至三維參數(shù)的方向發(fā)展。滾動軸承的磨削表面有無數(shù)縱向磨痕，顯微鏡下縱觀過

32、去波浪起伏，猶如流水一般，有人稱之為磨削流。它的幾何形態(tài)和特性對于軸承的失效往往起著重要的作用。它的質(zhì)量通常是用表面不規(guī)則的粗糙度算術(shù)平均值Re來表示的，也可以用波紋度等參數(shù)來評定。盡管這些參數(shù)在控制工藝質(zhì)量方面是很有用的數(shù)量化指標(biāo)，但他們只是高度特征的一維參數(shù)，不能充分表達(dá)磨削表面各向異性的特征。用掃描電子顯微鏡，直接觀察軸承工作表面的形貌(包括可見度、密度、均勻性、波長、高度、間距和斜率等)特征以及可見的缺陷等，可對表面質(zhì)量的認(rèn)識為之一新。SKF軸承公司的Tallian和日本等國的學(xué)者都曾使用過這種方法，美國甚至進展到應(yīng)用掃描電鏡輸出定量的技術(shù)。已有的研究成果證明：表面形貌對峰點載荷、應(yīng)力

33、、真實接觸面積、摩擦力、摩擦系數(shù)以及表面溫度等參數(shù)有重要的影響。這些參數(shù)在軸承失效的分析中，顯然是非常重要的。由于受到冷、熱加工條件和潤滑介質(zhì)等因素的影響。軸承工作表面的微觀組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和力學(xué)性能等往往與其心部有很大不同。軸承表面的微觀結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和力學(xué)性能發(fā)生了變化的表面層稱為表面變質(zhì)層。若表面變質(zhì)層是由磨削加工過程引起的就稱為磨削表面變質(zhì)層，滾動軸承工作表面變質(zhì)層分析是軸承表面質(zhì)量分析的主要組成部分，當(dāng)然也是軸承失效的重要組成部分之依軸承工作表面磨削變質(zhì)層的形成機理，造成磨削變質(zhì)層的主要因素是磨削熱和磨削力的作用。1.磨削熱在磨削加工中，砂輪和工件接觸區(qū)內(nèi)，消耗大量的能，產(chǎn)生大

34、量的磨削熱，造成磨削區(qū)的局部瞬時高溫。運用線狀運動熱源傳熱理論公式推導(dǎo)、計算或應(yīng)用紅外線法和熱電偶法實測試驗條件下的瞬時溫度可發(fā)現(xiàn)在1×10-41×10-6s內(nèi)磨削區(qū)的瞬時溫度可高達(dá)1OO01500。這祥的瞬時高溫，足以使工作表面一定深度的表面層產(chǎn)主高溫氧化、非晶態(tài)組織、高溫回火、二次淬火、甚至燒傷開裂等多種變化。(1)表面氧化層瞬時高溫作用下的鋼表面與空氣中的氧作用，生成極薄(2030nm)的鐵氧化物薄層(由-Fe2O3、Fe3O4、Fe0及Fe的摻合結(jié)構(gòu)所組成)。值得注意的是氧化層厚度與表面磨削變質(zhì)層總厚度側(cè)試結(jié)果是呈對應(yīng)關(guān)系的。這說明其氧化層厚度與磨削工藝直接相關(guān)，是

35、磨削質(zhì)量的重要標(biāo)志。(2)晶態(tài)組織層磨削區(qū)的瞬時高溫使工件表面達(dá)到溶融狀態(tài)時，熔融的金屬分子流又被均勻地涂敷于工件表面，并被基體金屬以極快的速度冷卻.形成了極薄的一層非品態(tài)組織層。它具有高的硬度和韌性，但它只有100À左右，很容易在精密磨削加工中被去除。 (3)高溫回火層磨削區(qū)的瞬時高溫可以使表而一定深度(10lO2mm)內(nèi)被加熱到高于工件回火加熱的溫度。在沒有達(dá)到奧氏體化溫度的情況下，隨看被加熱溫度的提高，其表面逐層將產(chǎn)生與加熱溫度相對應(yīng)的再回火或高溫回火的組織轉(zhuǎn)變，硬度也隨之下降。加熱溫度愈高，硬度下降也愈厲害。(4)二次淬火當(dāng)磨削區(qū)的瞬時高溫將工件表面層加

36、熱到奧氏體化溫度(Ac1)以上時，則該層奧氏體化的組織在隨后的冷卻過程中，又重新被淬火成馬氏體組織。從圖片上看是白色的，并時常伴有淬火微裂紋。凡是有二次淬火燒傷的工件，其二次淬火層之下必定是硬度極低的高溫回火層。 (5)磨削裂紋二次淬火燒傷，將使工件表層應(yīng)力變化。二伏淬火區(qū)處于受壓狀態(tài)；二次淬火區(qū)以下的高溫回火區(qū)材料存在著最大的拉應(yīng)力，這里就是裂紋核心最有可能發(fā)生的地方。裂紋最容易沿原始的奧氏體晶界傳播。嚴(yán)重的燒傷會導(dǎo)致整個磨削表面出現(xiàn)裂紋(多呈龜裂)造成工件報廢，混入成品則造成斷裂失效。2.磨削力所造成的變質(zhì)層在磨削加工過程中，工件表面層將受到砂輪的切削力、壓縮力和摩擦力的作用。尤

37、其是后兩者的作用，使工件表面層形成方向性很強的塑性變形層和加工硬化層。這些變質(zhì)層也必然地影響著表面層殘余應(yīng)力的變化。  (1)冷塑性變形層在磨削過程中，每一顆磨粒就相當(dāng)于一個刀刃。不過在很多情況下(特別是磨粒經(jīng)過磨損之后)。切刃的前角為負(fù)值.磨粒除切削作用之外，就是使工件表面承受擠壓作用(耕犁作用)，使工件表面留下明顯的塑性變形層。這種變形層的變形程度將隨著砂輪磨鈍的程度和磨削進給量的增大而增大。(2)熱塑性變形(或高溫塑性變形)  磨削熱在工件表面形成的瞬時高溫，使工件表面層一定深度的彈性極限急劇下降，甚至達(dá)到彈性消失的程度。此時工件表面層在磨削力，特

38、別是壓縮力和摩擦力的作用下，引起的自由伸長，受到基體金屬的限制，表面被壓縮(耕犁)，在表面層造成了塑性變形。高溫塑性變形在磨削工藝不變的情況下，隨工件表面溫度的升高而增大。 (3)加工硬化層  有時用顯微硬度法和金相法可以發(fā)現(xiàn).由于加工變形引起的表面層厚度升高。軸承表面磨削變質(zhì)層的多層結(jié)構(gòu)變化對分析軸承制造工藝水平、預(yù)測使用壽命和失效分析都是重要的。除磨削加工之外，在鑄造和熱處理加熱中所造成的表面脫貧碳層，在以后的加工中若沒有被完全去除，殘留于工件表面也將造成表面軟化變質(zhì)，促成軸承的早期失效。對工作狀態(tài)下的軸承工作表面，進行表面應(yīng)力狀態(tài)的分析和監(jiān)控以及對表面磨損狀態(tài)進行定期或隨機的鐵譜分析，對軸承失效的預(yù)測和失效分析都是很有意義的。滾動軸承工作表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)和工作狀態(tài)決定了表面分析在軸承失效中的重要性。五、軸承失效的預(yù)測及預(yù)防在一般機械設(shè)備中，軸承通常是可更換的易損基礎(chǔ)件，認(rèn)為軸承失效了換個新的很平常，從不追究它失效的原因，只有在汽車、火車、飛機等交通運輸業(yè)和發(fā)動機制造業(yè)等行業(yè)中，軸承的壽命很重要，因而對軸承的失效分析才受到一定程度的重視。軸承既然是易損基礎(chǔ)件，它的運轉(zhuǎn)壽命總有一定程度，工作時間超過設(shè)計壽命者屬正常失效；工