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TOC\o1-3\h\uHYPERLINK\l_Toc1974轴承失效浅析1HYPERLINK\l_Toc2187332236轴承失效分析3HYPERLINK\l_Toc24411轴承失效分析7HYPERLINK\l_Toc14583风电偏航轴承典型失效分析8HYPERLINK\l_Toc5123轴承失效分析|轴承断裂失效分析28轴承失效浅析轴承是精密的机械基础件由于科技进步的迅速发展,客户对轴承产品质量的要求越来越高制造厂提供符合标准、满足主机使用性能的高质量的产品固然重要,但正确使用轴承更为重要笔者在近几年从事摩托车专用轴承的技术工作中,经常碰到这样的问题,即轴承经检测是合格的,但装机后轴承出现卡滞或使用时的早期止转失效主要表现转动卡滞感、工作面严重剥落,保持架严重磨损乃至扭曲与断裂经失效结果分析表明,属于轴承本身质量问题并不多,多数是由于__使用不当所造成为此,笔者认为有必要就轴承常见的失效模式与机理作些肤浅的综述,以期起到一个抛砖引玉的作用
一、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失效接触疲劳剥落发生在轴承工作表面,往往也伴随着疲劳裂纹,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,而往往向深层扩展,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相关问题磨损可能影响到形状变化,配合间隙增大及工作表面形貌变化,可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失,因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转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最常见的磨粒磨损和粘着磨损 磨粒磨损系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__而引起的磨损,常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部粘着磨损系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这种粘着——撕裂——粘着的循环过程构成了粘着磨损,一般而言,轻微的粘着磨损称为擦伤,严重的粘着磨损称为咬合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__不当轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热__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、__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 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,__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
二、轴承常见失效模式及对策1.沟道单侧极限位置剥落 沟道单侧极限位置剥落主要表现在沟道与挡边交界处有严重的剥落环带产生原因是轴承__不到位或运转过程中突发轴向过载采取对策是确保轴承__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 对称位置剥落表现在内圈为周围环带剥落,而外圈呈周向对称位置剥落(即椭圆的短轴方向),其产生原因主要是因为外壳孔椭圆过大或两半分离式外壳孔结构,这在摩托车用凸轮轴轴承中表现尤为明显当轴承压入椭圆偏大的外壳孔中或两半分离式外壳固紧时,使轴承外圈产生椭圆,在短轴方向的游隙明显减少甚至负游隙轴承在载荷的作用下,内圈旋转产生周向剥落痕迹,外圈只在短轴方向的对称位置产生剥落痕迹这是该轴承早期失效的主要原因,经对该轴承失效件检验表明,该轴承外径圆度已从原工艺控制的
0.8μm变为27μm此值远远大于径向游隙值因此,可以肯定该轴承是在严重变形及负游隙下工作的,工作面上易早期形成异常的急剧磨损与剥落采取的对策是提高外壳孔__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 在轴承工作面上呈倾斜剥落环带,说明轴承是在倾斜状态下工作的,当倾斜角达到或超过临界状态时,易早期形成异常的急剧磨损与剥落产生的原因主要是因为__不良,轴有挠度、轴颈与外壳孔精度低等,采取对策为确保轴承__质量与提高轴肩、孔肩的轴向跳动精度4.套圈断裂 套圈断裂失效一般较少见,往往是突发性过载造成产生原因较为复杂,如轴承的原材料缺陷(气泡、缩孔)、锻造缺陷(过烧)、热处理缺陷(过热)、__缺陷(局部烧伤或表面微裂纹)、主机缺陷(__不良、润滑贫乏、瞬时过载)等,一旦受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能使套圈断裂采取对策为避免过载冲击载荷、选择适当的过盈量、提高__精度、改善使用条件及加强轴承制造过程中的质量控制5.保持架断裂 保持架断裂属于偶发性非正常失效模式其产生原因主要有以下五个方面 a.保持架异常载荷如__不到位、倾斜、过盈量过大等易造成游隙减少,加剧摩擦生热,表面软化,过早出现异常剥落,随着剥落的扩展,剥落异物进入保持架兜孔中,导致保持架运转阻滞并产生附加载荷,加剧了保持架的磨损,如此恶化的循环作用,便可能造成保持架断裂 b.润滑不良主要指轴承运转处于贫油状态,易形成粘着磨损,使工作表面状态恶化,粘着磨损产生的撕裂物易进入保持架,使保持架产生异常载荷,有可能造成保持架断裂 c.外来异物的侵入是造成保持架断裂失效的常见模式由于外来硬质异物的侵入,加剧了保持架的磨损与产生异常附加载荷,也有可能导致保持架断裂 d.蠕变现象也是造成保持架断裂的原因之一所谓蠕变多指套圈的滑动现象,在配合面过盈量不足的情况下,由于滑动而使载荷点向周围方向__,产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象蠕变一旦产生,配合面显著磨损,磨损粉末有可能进入轴承内部,形成异常磨损——滚道剥落——保持架磨损及附加载荷的过程,以至可能造成保持架断裂 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
三、结论 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、__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因此,正确合理地使用轴承是一项系统工程,在轴承结构设计、制造和装机过程中,针对产生早期失效的环节,采取相应的措施,可有效地提高轴承及主机的使用寿命,这是制造厂和客户应负有的共同责任32236轴承失效分析
一、背景介绍轴承的运行工作状态参数:转速595r/min,__使用在卧式脱硫泵使用圆锥轴承32236与另一套30236背靠背__在联轴器一侧,另一端是NU336在叶轮一侧该泵用于火力发电厂脱硫车间泵房脱硫泵,投入使用后运行时间大约10个月设备出现轴承温度偏高停机
二、目的本次分析任务是为了找出轴承轴向游隙偏小的原因,分析制定改进方式,防止这种现象再次产生轴承标识及损坏情况照片1外圈端面标识32236AGER__NY1/9O.D由于气焊烧烤字迹不太清晰照片2滚动体烧黑,保持架断裂,滚动体出现位置偏移照片3两套轴承已经变色,即轴承受到了高温照片4滚动体出现滑动一边磨损,而且两个滚动体已经热融化焊在了一起分析报告根据现场及照片分析如下轴承受到了高温的作用根据以往经验,产生高温的可能性
(1)轴承负荷过载;
(2)轴承游隙过小;
(3)轴承润滑不良因为轴承是无源元件,自己不会发热因为脱硫泵叶轮负荷较小,无振动冲击等现象,可以排除轴承负荷过载如果轴承游隙过小,轴承在一小时或几小时内就会抱住烧坏,而此轴承已经运行了10个月所以,也排除了轴承游隙过小的原因怀疑滚动体数量不够,认为缺少两粒则缺乏依据因为此圆锥轴承__时为分体__,即先装30236内圈,再依次装30236外圈、外隔圈、32236A外圈、最后装32236A内圈而且,滚动体和保持架与内圈是在一起的,并且暴露在外的如果真的缺少两粒滚动体,必然会发现的而且轴承出厂100%检查是不可能缺少滚动体的如果真的缺少两粒滚动体,在第一次试车运转时,由于动平衡不好,会出现很大的噪音与振动,当场就能够发现而且也转不了十个月从照片2可以看出滚动体挤向一边,将保持架拉断滚动体相对保持架的位置已经__,由此不能断定是滚动体缺失由于排除了上述几项因素,只剩下润滑不良了由于该轴承实际润滑方式为油浴润滑,而油浴润滑的最低条件必须是最低油位要高于下面滚动体的一半,如果油位偏低,运转时轴承上半圈外滚道甩不上油会造成润滑不良而润滑不良会导致轴承发热,而轴承发热后内圈和滚动体会膨胀导致轴承游隙减小形成负游隙,轴承负游隙会形成运行阻碍力进一步导致发热,越热越紧,越近越热形成恶性循环,最终导致轴承滚动体抱住不转在继续强制用力下,滚动体开始强行滑动,导致滚动体半边磨损请见照片4所示,检测分析如果滚动体全在,保持架孔数可以观察,可以通过比对同型号新轴承滚动体个数来验证滚动体是否缺失由于轴承损坏严重并缺失部件,已经无法对其进行检测六.结论和建议轴承可能出现过油位不足,导致轴承发热损坏建议应勤检查油位(因为32236的滚动体最低中心位置相对较高应以此轴承油位为准),如果油位不足应及时填加润滑油轴承失效分析概述轴承在正常的__和润滑维护情况下,一直可以使用到轴承的工作表面因疲劳而引起材料剥落为止,即可以使用到轴承的计算寿命的终止有时还可以超过计算寿命的数倍而在实际的使用中,滚动轴承常常因过早的损坏而报废,轴承的过早损坏可以来自轴承的制造缺陷和轴承材料的不良,但更多的则来自轴承的使用不当、维护和润滑不良等要正确地找出轴承损坏的原因是很困难的,一个轻微损坏的轴承可以从轴承的使用情况,特别是轴承工作表面的磨损状况、磨损的轨迹等来分析其损坏的原因而一个损坏严重的轴承或是因轴承的突发事故完全损坏的轴承,往往是最终的破坏现象掩盖了初始的残骸,由于这些现象常常是人们容易混淆了轴承损坏的最主要原因,因此只能从轴承的工作条件载荷、转速、润滑、支撑的整体结构如轴承的配置、配合及损坏形式用推理分析的方法,及借助其它的科学分析手段来判断在轴承的实际使用中一般情况下没有必要去追究轴承的损坏原因,而应立足于轴承故障的早期诊断防止因轴承损坏和事故而引起的停机、停产和损坏设备的更大损失对于重要部位,则应认真地研究和分析轴承损坏的原因,并采取相应的有效措施轴承失效分析是一项很细致的技术工作,其主要包括背景调查轴承的运行工作状态参数,如载荷、转速及原始轴承的有关数据的分析和计算轴承__部位的形位公差的测量,轴承和轴颈、轴壳配合情况的分析,轴承座的__配合和使用情况的调查,轴承的__和拆卸的方法是否正确轴承损坏前的异常现象,如振动、噪声、温升,电机的电流变化以及外部负荷的变化等等现场情况现象及现场保护,先要保护已损坏的轴承部位的现场,在拆卸轴承前应先记下有关的情况,特别要记下轴承外(内)圈相对轴承座负载方向的位置对已损坏的轴承零件要尽量收集完整现场检查轴承的润滑情况,并取样分析特别要注意混入油脂中的颗粒状物体要作进一步的分析检查轴承的密封是否失效,检查是否有异物、水(汽)从密封处进入轴承拍摄照片存档失效分析利用SKF的P4和__软件进行频谱分析轴承痕迹分析如失油、歪斜和水汽腐蚀、电流腐蚀,蠕动现象等等;可以推断轴承的失效原因轴承的润滑系统,杂物的混入和原始润滑剂的色泽变化轴承失效一般由几个方面可加以考虑疲劳、磨损、(配合)变形和装配等因素利用个人的经验,但必须符合实际情况;切忌在没有确认的情况下乱下定论结论分析的最终结果可能是运用和选型不当或轴系本身存在的问题可能工况不佳致使轴承失效可能是__不当或公差超差可能是轴承本身的质量问题,等等建议根据现象和分析结果建议用户采取有效的措施避免类似的情况再次发生,确保轴承正常运转轴承的选型和相关的公差配合轴承的正确__和专用工具的使用轴系的设计和改良润滑和润滑系统的改善风电偏航轴承典型失效分析摘要偏航轴承是风电设备中主要的零部件,其性能与工况的好坏直接影响到与之相连的转动轴以及__在转轴上的偏航系统装置乃至整个风电设备的性能据统计,在风电设备中,大约有的故障都是由于偏航轴承引起的因此,研究偏航轴承的失效机理,提出相应的预防和维护措施,对于提高偏航轴承的可靠性,提高风电设备的使用寿命,提高经济效益,保证风电设备的__安全稳定运行,均有现实的意义轴承寿命是与制造、装配、使用密切相关的,偏航轴承早期的失效多与偏航系统配合部位的制造精度、__质量、使用条件、外部异物侵入、电腐蚀及偏航系统突发故障等多方面因素有关,必须各个环节都要做好,才能使偏航轴承处于最佳的运转状态,从而延长轴承的寿命本文在广泛查阅国内外相关技术资料基础上,给合国内外的实践经验和研究成果,论述了诸如材料、结构设计、使用工况、密封润滑等各种因素对偏航轴承损坏的影响采取各种检查手段,进行失效分析,找出引起失效的原因,改善这些因素,避免或减少类似__的再次发生,延长轴承的使用寿命关键词偏航轴承,失效,材料,结构设计,寿命THETYPICALFAILURES____YSISONTHEYAWBEARINGABSTRACTYawbearingsarethe__jorcomponentsinwindpowerequipment.Theperfor__n__andworkingconditionsoftheyawbearingsarecloselyrelatedtotheperfor__n__oftheyawsystemontheshaftandeventhewholewindpowerequipment.Accordingtostatisticsupto20per__ntoffailureofwindpowerequipmentiscausedbytheyawbearings.Consequentlyitisofvitalimportan__tostudyfailuremechani__oftheyawbearingsandworkouteffectivepreventivemeasuresinordertoimprovethereliabilityoftheyawbearingsandprolongthelifeofthewindpowerequipmentwhichhelptoimprovetheeconomicbenefitasaresult.Anditisalsoverypracticalto__kesurethesafeandsteadyoperationofthewindpowerequipmentinrealworkingconditions.Bearinglifearecloselyrelatedto__nufacturingassemblingandusingTheearlyfailureoftheyawbearingsaremostlyrelatedtothe__nufacturingaccuracyoftheyawsysteminstallationqualityservi__conditionexternalinpurityintrudeelectriccorrosionandsuddenaccidentsoftheyawsystem.Eachlinkfactorsshouldbewell.To__ketheyawbearingsinthebestoperationstatetherebyprolongthelifeoftheyawbearing.Thispaperbasedonwidelyconsulttherelevanttechnicaldatasofthedomesticandforeign.combineddomesticandinternationalexperien__andresearchfindingsdiscussedsuchas__terialsstructuraldesignworkingconditionseallubricantandotherfactorsimpactontheyawbearingda__ge.Takeallkindsofinspectionmethodforfailure____ysisingfindingoutthereasoncausedbyfailureimprovingthesefactors__oidingorreducingthesimilareventshappeningagainandprolongingtheservi__lifeoftheyawbearings.KEYWORDS theyawbearingfailure__terialsstructuraldesignworkinglife目录TOC\o1-3\h\z\u前言1第一章绪论3§
1.1本课题的提出3§
1.2国内外研究现状3§
1.3本课题研究的依据与意义4§
1.4本论文的研究内容及方法5第二章偏航轴承的典型失效形式6§
2.1偏航轴承技术概述6§
2.2偏航轴承的使用工况8§
2.3偏航轴承的失效形式9§
2.
3.1接触疲劳剥落9§
2.
3.2磨损10§
2.
3.3腐蚀11§
2.
3.4胶合12§
2.
3.5塑性变形13§
2.
3.6其它失效形式13§
2.4研究偏航轴承失效的步骤14第三章影响偏航轴承失效的各种因素以及改进措施17§
3.1材料因素对偏航轴承寿命的影响17§
3.2偏航轴承制造工艺的分析19§
3.3润滑和密封对偏航轴承失效的影响21§
3.4提高偏航轴承工作寿命的有效措施22结论25____26致 谢28前言近几年来,随着社会进步和科学技术的高速发展,风力发电作为一项可再生的绿色环保新型洁净能源,受到各国的高度重视,得到了长足的发展随着风机发电能力的不断提高,风机设计也越来越向大型化发展因此,对风电偏航轴承提出了更高的要求
[12]大型风电偏航轴承不仅要求高的刚性和可靠性,还要轻便,便于__抗疲劳制造是风电轴承长寿命和高可靠性的保证,由于风机组在野外以上的高空中运行,风电偏航轴承工况恶劣,温度、湿度变化大,要承受大的冲击载荷和倾覆力矩,还要经受风沙的侵袭由于风场一般都在偏远地区,偏航轴承的运输和吊装都十分困难,一旦发生早期故障,维修费用十分昂贵
[3]因此,在轴承的生产过程中必须提高轴承质量,避免轴承的早期失效在这里对偏航轴承的早期失效进行分析,找出失效的原因,提出相应的整改措施疲劳破坏是偏航轴承典型的失效形式,对于要求20年使用寿命和高可靠性的偏航轴承来说,必须应用抗疲劳制造技术进行生产,使其具备很高的疲劳寿命轴承失效是近40年来发展起来的一门技术科学所谓轴承失效,是指轴承达不到预期的支撑运动部件运动的功能失效分析即时通过合乎逻辑的思路、科学的方法,使用必要的试验技术手段,包括近代发展起来的各种微观表面分析仪器,找出失效机理,并提出防止失效的措施
[4]由此可见,偏航轴承的失效分析是提高偏航轴承可靠性系统工程中的重要环节,是一门跨学科的技术领域,它既有综合性,又有实用性所谓综合性表现在它的涉及面很广,包括产品的结构设计、机械制造工艺、材料的选用与冶金技术,以及摩擦学、腐蚀学、工程力学、断裂力学、金属物理和表面物理等广泛的学科领域和技术门类失效分析技术必须依赖于这些相关学科的发展而向前发展,而这些学科的发展又都与失效分析工作密切相关所谓的实用性表现在轴承的失效分析工作必须从生产实际出发并紧密的为生产服务它的积极意义在于
[5]
(1)可以分析出偏航轴承失效的主要原因,并提出改进措施,不断提高轴承产品的质量
(2)可以判断设计是否合理,纠正某些不尽合理的方面以提高偏航轴承产品的可靠性
(3)可以发现偏航轴承零件在冷、热__中存在的问题纠正不合理的__工艺
(4)可以判断材料选择的合理性及原材料质量存在的问题,所以说偏航轴承的失效分析工作是与偏航轴承的产品质量及其生产发展密切相关的重要工作绪论§
1.1本课题的提出风力发电机用轴承主要包括偏航轴承总成(660PME047)、变桨轴承、变速器轴承、发电机轴承等偏航轴承__在塔架与座舱的连接部,每台风力发电机设备都要有一套偏航轴承偏航轴承是风机追踪风向,调整迎风面的保证,转动范围,在范围上转动频率最高一般情况下,风电设备要求年的工作寿命,由于偏航轴承的吊装和更换极为不便而且成本很高(一次__拆卸费用即高达几十万到上百万),因此,年的使用寿命和高的可靠性,就成为对偏航轴承的基本要求,若在质保期内轴承损坏,将进行索赔,带来的经济损失巨大
[67]对偏航轴承的早期失效进行分析,提出有效措施,改善轴承的各项性能,从而延长轴承的寿命§
1.2国内外研究现状风能是大自然中取之不尽,用之不竭且无污染的可再生能源在全世界电力需求量急剧增长的条件下,考虑到有机燃料的非再生性与有限开采性以及生态环境等原因,大力利用风能具有特别的现实意义近十年来,风力发电作为一项可再生的绿色环保新型洁净能源,受到了各国的高度重视,得到了长足的发展从世界范围看,欧洲和北美在__利用风能发电方面处于世界领先地位,尤其是欧洲的丹麦、德国和英国以及北美的美国目前风力发电已在可再生能源的__中独树一帜,成为对常规能源最具竞争力的新能源发电方式因此,国内外都很重视利用风力来发电,__新能源,我国风能资源储量居世界前列,仅次于___和美国但轴承是我国风电设备制造的软肋
[10]在偏航轴承__研制中,存在的主要技术难点是实现长寿命所需的密封结构和润滑脂、特殊的滚道__方法和热处理技术、特殊保持架设计和__制造方法等国内目前的技术水平与国外先进水平相比存在较大差距,但近几年来我国的一些研究单位在这些方面已经取得了一些突破性的研究成果,这必须将加速风机轴承国产化的进程
[11]国际著名的风电轴承公司主要有瑞典SKF、德国Schaeffler舍费勒、美国TMKEN和__NSK等,在全球市场上占据统治地位其中,SKF专为大型风力发电机设计和__的超大型混合陶瓷深沟球轴承可隔绝电流这些轴承设计独特,轴承套圈由钢制轴承产品制成,钢球由氮化硅(Si3N4)制成,硬度高而且密度低除了优异的电绝缘能力外,SKF超大型混合陶瓷深沟球轴承设计充分发挥了润滑剂的作用,即便在润滑不良的情况下也能确保__性能
[121314]我国轴承行业对风电轴承的设计、制造和试验技术还远远没有吃透,大多轴承厂家在
1.5兆瓦风机以上的技术多处于实验阶段,难以形成规模虽然洛阳LYC轴承有限公司已具有2兆瓦级风电机组配套轴承的制造技术并可批量生产,最近又研制出
2.5兆瓦风电轴承,但与世界先进技术相比还有一定距离据悉,瓦轴已经建成全球轴承品种最多、生产规模最大、配套机组最全、发电功率最大的风力发电轴承生产__,在设计研发、工艺制造、检测试验三大技术领域达到了世界水平,成为全球屈指可数的几家能为5兆瓦风力机组配套轴承的企业之一
[15]§
1.3本课题研究的依据与意义风力发电机用轴承主要包括偏航轴承总成(660PME047)、风叶主轴轴承(24044CC)、变速器轴承、发电机轴承等风电偏航轴承__在塔架与座舱的连接部,偏航轴承是偏航系统中的重要部件,承载着风力发电机主传动系统的全部质量,并传递着气动推力到塔架,用于适时地调整风力发电机的迎风角度,因而可以说,偏航轴承是风机追踪风向,调整迎风面的保证由于风力发电机在野外高空环境中工作,偏航轴承工作在风沙、雨水、盐雾、潮湿等环境下,给其__、润滑及维修都带来了不便为此不仅要求偏航轴承具有足够的强度和承载能力,还要求其运行平稳、安全可靠、寿命长(风力发电机主机寿命要求20年,因此偏航轴承寿命也要达到20年)、润滑、防腐、及密封性能良好
[16]偏航轴承的失效是一个十分复杂的问题,它不仅与轴承的材料、精度等级、热处理性能有关,还与工作载荷(冲击载荷)、装配精度、润滑条件、密封状况以及环境参数有关,另外,风机如果在运动过程中偏转,偏航齿轮上将承受相当大的陀螺力矩,亦容易造成偏航轴承的疲劳失效本课题通过对风电偏航轴承的典型失效分析研究,指出实验研究分析的必要性并从设计因素、__精度、使用条件及环境参数等方面讨论了它们与偏航轴承失效的关系,并得出了提高风电偏航轴承寿命的一些具体措施§
1.4本论文的研究内容及方法本论文的研究题目是偏航轴承的典型失效分析,其内容将主要从偏航轴承早期的失效形式方面进行论述偏航轴承的失效形式主要有接触疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、塑性变形失效、胶合失效等,通过对这些失效机理的理解认识,对偏航轴承进行失效分析,大体可以分为三个步骤失效实物和背景材料的收集;对失效实物的宏观检查和微观分析找出早期失效的主要因素,最终提出能有效避免风电偏航轴承早期失效、提高风电偏航轴承寿命的一些措施本文通过参阅国内外有关的技术文献,对偏航轴承的失效机理进行了概括总结,采用文献研究法、信息研究法、经验总结法、系统科学法等方法对目前偏航轴承生产制造、使用__方面的技术进行了归纳总结和改进偏航轴承的典型失效形式偏航轴承是风力发电机设备的的基础件之一,偏航轴承运行的状况直接影响偏航系统的运行质量现在风力发电机对偏航轴承的质量、精度、使用寿命等要求越来越高,对偏航轴承的__、使用及维护和保养也越来越重视通过对偏航轴承的失效形式的了解,可以直观地发现轴承损坏的因素,便于查找引起轴承失效的根本原因§
2.1偏航轴承技术概述风力发电机用轴承主要包括偏航轴承总成(660PME047)、变桨轴承、变速器轴承、发电机轴承等偏航轴承__在塔架与座舱的连接部,每台风力发电机设备都要有一套偏航轴承偏航轴承是风机追踪风向,调整迎风面的保证,转动范围360°,在90°范围上转动频率最高,风机开始偏转时,偏航加速度将产生冲击力矩(为机舱惯量)偏航转速越高,产生的加速度也越大,由于非常大,这样使本来就很大的冲击力成倍的增加另外,风机如果在运动过程中偏转,偏航齿轮上将承受相当大的脱落力矩,容易造成偏航轴承的疲劳失效根据偏航轴承的受力特点(同时承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩),偏航轴承通常采用“零游隙”设计的单排四点接触式球或双排四点接触球转盘轴承单排四点接触球转盘轴承的结构参见图1-1,双排四点接触球转盘轴承的结构参见图1-2
[67]图2-1无齿式四点接触球转盘轴承图2-2无齿式双排四点接触球转盘轴承根据风力发电机的要求和生产能力,标准将单排四点接触球轴承外径尺寸定在滚动体中心圆直径为之间,双排四点接触球轴承引用的依据是双排异径球转盘轴承的外形,考虑到主机机构及生产__,高度尺寸在双排异径球轴承的基础上适当增加,约为单排四点接触球轴承高度的120%由于风力发电机偏航轴承的受力工况复杂,而且轴承承受的冲击和振动比较大,又能承受较大载荷和保证长寿命所以,标准对风力发电机轴承提出了一些不同于一般转盘轴承的特殊技术要求
[89]
(1)材料轴承套圈推荐采用国内外转盘轴承常用的42CrMo合金结构钢42Cr加入Mo后,增加材料的淬透性,滚道采用表面淬火后,表面硬度可达到,增加接触疲劳寿命;而心部调质硬度,能够承受冲击而不发生塑性变形,具有很好的耐冲击性能;同时此种材料的锻造工艺成熟,锻件采购方便,调质后材料的力学性能得到了提高,表面淬火工艺成熟可靠,质量稳定钢球材料的选择为国内外通用的轴承钢__r15或__r15SiMn
(2)偏航轴承的游隙要求偏航轴承在游隙方面有特殊的要求,要求偏航轴承必须为零游隙,这样在使用过程中可以减少冲击振动、提高承载能力,也可以在振动的情况下减小轴承的微动磨损标准规定偏航轴承的轴向游隙为小游隙值,即
(3)防腐蚀和密封风力发电机设备在野外工作,而且偏航轴承的一部分是__在外面的,会受到大气污染,高湿度的环境也会腐蚀轴承基体,因此__在外面的偏航轴承的部位要进行表面腐蚀处理,一般采用热喷涂长效防腐工艺,其防腐寿命长,可达20年以上密封圈的材料选择丁腈橡胶,该材料各项性能指标在下性能非常稳定,能够满足偏航轴承的实际环境要求,保证轴承野外工作时,密封圈不早期失效,不使异物进入轴承内部国外SKF和FAG等厂家风机轴承密封大多选用的也是丁腈橡胶
(4)低温冲击功偏航轴承套圈低温冲击功要求不小于,风力发电机可能工作在极寒的地区,环境温度低至左右,轴承的工作温度在左右,偏航轴承在低温条件下必须能够承受大的冲击载荷,因此要求轴承偏航轴承套圈的材料在调质处理后必须做低温冲击功试验§
2.2偏航轴承的使用工况风力发电机常年在野外工作,工况条件比较恶劣,温度、湿度和轴承载荷变化很大,风速最高可达,有冲击载荷,因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性,发电机在2-3级风时就要启动,并能跟随风向变化偏航轴承是风电设备的重要部件,是风机追踪风向,调整迎风面的保证由于风速的变化无常,偏航轴承速率和转向经常发生变化,承受重的冲击载荷偏航轴承在以上的高空的工作,空气中的存在大量凝结的水以及风沙等杂质,这些都会对轴承的表面造成腐蚀,影响偏航系统的精度,因此,对偏航轴承的设计、材料、制造、润滑及密封都要进行专门设计海上风电的载荷更加复杂,主要包括惯性重力载荷、波浪和海流的载荷、海冰载荷和船舶冲击载荷等多个不稳定载荷,相比于岸上的风特性,海上的风有更高的年平均风速,并且受到底层喷流的影响因此海上风电的载荷状况更加复杂另外,海上的湿度更大,对偏航轴承的防腐提出了更高的要求综上所述,偏航轴承的工况条件非常恶劣,但是风电偏航轴承的__和维修费用非常高,另外风力发电机主机寿命要求20年,因此偏航轴承寿命也要达到20年为了满足偏航轴承高寿命和高的可靠性,对偏航轴承进行早期的失效分析具有重要的现实意义,发现影响偏航轴承失效的因素,提出预防风电偏航轴承早期失效的措施§
2.3偏航轴承的失效形式滚动轴承的寿命是指轴承的疲劳寿命,即到轴承滚动表面出现疲劳剥落为止的累计工作小时数或运转的总转数,但除正常的疲劳剥落外,还有多种损坏形式,常有磨损、烧伤润滑脂失效,损坏的表现是轴承运转不灵活,摩擦力矩和温升急剧增高,振动和噪声恶化,甚至出现轴承卡死而不能旋转,我们要掌握影响轴承使用寿命的因素,首先对轴承损坏形式进行分析,找到引起损坏的原因轴承失效一般可分为止转失效和丧精失效两种,止转失教就是轴承失去工作能力而终止转动.例如卡死、断裂等丧精失效就是因几何尺寸变化了配合问I鳍c,失去了原设计要求的回转精度,虽尚能继续转动,但属非正常运转例如磨损、腐蚀等轴承失效的影响因素很复杂,而且各类轴承的工作条件和失效因素的差异,产生的失效形式和形貌特征亦各不相同按其损伤机理大致可分为接触疲劳失效、摩擦摩损失效、腐蚀失效、游隙变化失效、胶合失效等几种基本形式
[1718]§
2.
3.1疲劳剥落滚动轴承在高接触应力的作用下,通过多次应力循环后,在套圈或滚动体工作表面的局部区域产生小片或小块金属剥落,形成麻点或凹坑,从而引起振动,噪声增大,磨损加剧,导致不能正常工作的现象称为接触疲劳失效,是滚动轴承失效的主要形式使用中轴承的疲劳剥落一般容易出现在滚子的表面上,开始只是表面产生极小__疲劳点和轻微的金属颗粒剥离这些零件疲劳所剥离的坚硬氧化物颗粒,像磨料一样,是表面加快磨蚀同时,轴承中的滚动表面受力不均,受力大的部位极易脱皮接触疲劳失效是偏航轴承表面最常见的失效形式之一,是轴承表面受到交变应力的作用而产生的失效,接触疲劳剥落在偏航轴承表面也有疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂的过程初始的接触疲劳裂纹首先从接触表面以下最大正交切应力处产生,然后扩展到表面形成剥落,如麻点状的称为点蚀或麻点利落,剥落成小片状的称浅层剥落初始裂纹在硬化层与心部交界区产生,造成硬化层的早期剥落则称为硬化层剥落如图2-3所示图2-3偏航轴承的疲劳失效偏航轴承的疲劳失效损伤特征偏航轴承的滚道仅一侧表面剥落滚动体及滚道接触边缘剥落滚动体的圆周方向在对称位置上有剥落受力表面较大__压光和微观剥落装配后偏航轴承早期出现的表面剥落滚道面和滚动体早期出现表面剥落§
2.
3.2磨损偏航轴承在工作过程中由于滚动体与内外滚道间的滚动和滑动运动,保持架与引导面间的滑动运动,引起轴承工作表面金属不断损失的现象叫轴承的磨损,如图2-4所示由于轴承工作表面不断磨损使轴承零件产生尺寸和形状的变化导致轴承配合间隙增大,工作表面形貌变化而丧失旋转精度,由此引起工作温度升高、振动、噪声、摩擦力矩增大等,致使轴承不能正常工作的现象称为磨损失效磨损失效与材料性质、粗糙度、润滑状态、接触应力、相对滑动率、表面摩擦系数、速度、温度及环境介质等有着密切关系图2-4偏航轴承的磨损失效偏航轴承的磨损失效损伤结果是损伤轴承,降低轴承的运转周期偏航轴承的磨损失效损伤特点类似静压痕在配合表面上出现红褐色磨损粉末的局部磨损滚道面、滚动体面、保护架等磨损偏航轴承挡边磨损过大§
2.
3.3腐蚀图2-5偏航轴承的腐蚀失效偏航轴承的腐蚀失效是偏航轴承失效形式中的重要一种,如图2-5所示在偏航轴承的制造中金属表面要经过特殊的防腐处理偏航轴承的腐蚀失效结果是表面由于电流
[19](主要是内圈与外圈的电流差)、化学(水、润滑脂、防腐漆等)和机械作用(微振等)产生损伤,丧失精度而不能继续工作偏航轴承的腐蚀失效损伤特征是
(1)空气中水分的凝结,腐蚀性介质侵入偏航轴承的金属表面同环境介质发生化学或电化反应而产生的磨损称为锈蚀失效偏航轴承在潮湿的环境以及酸性和有引起金属锈蚀的介质中工作,使轴承零件产生锈蚀斑点;最终导致失效另外,润滑剂中含有水分或在添加剂中有酸性、碱性成分也会导致失效
(2)电流通过产生电火花融化当电流在偏航轴承内部通过时,电流通过滚道和滚动体的接触工作表面很薄的润滑剂膜而引起火花,造成局部表面熔融的现象叫电蚀电蚀失效肉眼可见,主要特征搓板状凹凸不平、黑色点状小圆穴电蚀由三部分组成变质层+硬化层+回火正常部分
(3)微振,装配不良,游隙变化失效,咬死偏航轴承工作过程中,由于受到外界温度影响以及自身内在因素的变化,改变了原有的配合间隙,导致精度降低,甚至造成咬死的失效称为游隙变化失效造成这种现象一是偏航轴承在运转过程中,由于超温下工作,轴承零件、形状不相同、膨胀系数不相同,造成游隙变化失效二是因__与应力不稳定使游隙变化偏航轴承在高温下运转,但若零件的__和应力(残余奥氏体)处于不稳定状态,随着轴承工作时间的增长,而产生尺寸的变化,轻者丧失偏航精度,重者产生咬死现象§
2.
3.4胶合冲击重载、润滑不足、滚动体与套圈滚道或挡边产生严重滑动、轴承游隙减小,摩擦力增大滚动体与保持架兜孔间隙过小或卡紧等现象都会产生金属间的直接接触产生固相焊合当焊合强度大于接触零件任一基体强度,使剪切力高于焊合强度,在接触一方或二方的金属深处产生的局部破坏称为胶合偏航轴承的胶合失效损伤特征是滚道面和滚动体表面出现胶合四点接触球轴承的滚道面出现螺旋状胶合滚动体与挡边外出现胶合§
2.
3.5塑性变形在外力和环境温度作用下,轴承零件局部塑性流动或整体变形,致使整套轴承不能正常工作而造成的失效称为变形失效偏航轴承的塑性变形失效主要是冲击载荷作用,在偏航轴承工作运转中,风速大小和风的方向很不稳定,并且变化的幅度很大,偏航轴承随时要受到冲击载荷的作用,是局部受载超过材料的屈服极限而产生压痕,即产生塑性变形,如图2-6所示除此之外,偏航轴承工作条件恶劣,在很高的温度和剧烈摩擦状态工作,还会引起热态变形下的表面应力,严重时甚至产生裂纹图2-6偏航轴承中钢球的塑性变形失效偏航轴承塑性变形失效损伤的特征零件的工作表面(沟道、滚动体等)上产生压痕零件的表面的磕碰伤偏航轴承齿圈上的擦伤§
2.
3.6其它失效形式
(1)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__不当(如__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变色的主要原因是轴承的工作游隙过小、局部应力集中、预载荷过大、润滑不良、润滑剂变质、散热条件差、润滑剂使用过量等
(2)麻点麻点是由于材料的品质、腐蚀、疲劳、异物进入工作表面等原因在零件表面引起细小坑、点其表面形态呈黑色针点状凹坑,有一定深度,单个、多个或密集出现麻点在偏航轴承的套圈或滚动体表面均有可能产生§
2.4研究偏航轴承失效的步骤在滚动轴承失效分析过程中,往往会碰到许多错综复杂的现象,各种经验结果可能是相互矛盾的,或者主次不易分清,这就需要经过反复试验、验证,以获得足够的证据或反证,在整个分析过程中,只有运用正确的分析方法、程序及步骤,才能找到真正的失效原因,得到正确的结论失效分析工__必须有广博的基础知识、丰富的实践经验和先进的分析手段,在作失效分析时必须从影响轴承寿命的外部条件因素到内在质量因素给予综合的分析,尽快地确认分析的结论偏航轴承的失效原因比较复杂,涉及到多方面的专业知识,需要都轴承的结构特性,__方法,各个零件的__工艺及设备有一定的了解现在所涉及的失效形式,根据轴承的结构特性,结合轴承的使用工况,通过对轴承的__,配合及调整的分析,对运行速度,温升,受力分析归纳总结出轴承早期失效过程和失效原因在一般的情况下轴承失效分析大体可分为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等三个步骤
(1)失效实物和背景资料的收集应该尽可能地收集到失效实物的各个零件和残片尽量多地理解到失效轴承的实际工作条件、使用过程和制造质量情况这对于正确地进行失效分析是必不可少的,他具体包括以下内容
①该风电设备的工作状况、载荷和运行速度偏航轴承在设备上的设计工作条件
②偏航轴承的失效情况只有轴承失效还是其它部分也失效,轴承失效属于什么形式的失效
③偏航轴承的__记录(包括__前轴承尺寸精度的复检情况),轴承和轴承游隙,装配中配合情况,齿圈的刚性如何,__是否有异常
④偏航轴承的润滑情况,包括润滑剂的牌号、成分、粘度、杂质含量及供给情况
⑤偏航轴承工作中所承受的真正载荷情况,工作的实际速度及不同速度出现的频率在实际失效分析背景资料收集工作中,全部满足上述条件是很难的,但收集到的资料愈多,无疑会更有利于分析结论的正确
(2)宏观检查对失效轴承进行宏观检查(包括尺寸精度测量和表面状态检查分析),是失效分析的重要环节,总体的外观检查,可了解轴承失效的概貌和损坏部位特征,估计造成失效的起因,查看缺陷的大小、形状、部位、数量和特征、收集轴承使用数据——这是进行分析的重要依据,数据应尽可能全面,可包括以__面
①外形和尺寸精度的变化情况(包括测振分析,滚道圆度分析)
②游隙的变化情况
③是否有腐蚀现象,在什么部位,是什么类型的腐蚀,是否与失效直接有关
③是否有破裂,裂纹的形态和短款性质如何
⑤轴承各部件工作表面变色的情况和部位以确定其润滑情况和表面温度效应
⑥对失效特征区主要观察有无异常磨损、外来颗粒嵌入、裂纹、擦伤和其它缺陷宏观检查的结果,有时也可基本判断失效的形式和原因,但要进一步确定失效的性质,取得更多的证据,还必须进行微观分析
(3)微观分析失效轴承的微观分析包括光学的金相分析、电子显微分析、探针和电子能谱分析等主要是根据失效特征区的微观__结构变化和对疲劳源、裂纹源的分析提供更充分的判断依据或反证,因而是重要的微观分析中最常用、最普及的方法是光学金相分析和表面硬度检测这里所介绍的偏航轴承失效分析一般方法的三个步骤,是一个由表及里逐步深入的分析过程具体分析时应根据偏航轴承失效的类型特点,并不是三个步骤中的每一个问题和每一种方法都对应使用这要视具体情况决定取舍但分析圈过程的三个步骤是缺一不可的而且整个分析过程中,分析结构始终与影响轴承失效的内、外诸多因素__起来,综合思考与判断第三章影响偏航轴承失效的各种因素以及改进措施偏航轴承失效的原因往往是多因素的,所有设计制造过程的影响因素都会与偏航轴承的失效有关,分析起来不易判断在一般情况下可以从内在因素和外来因素两方面考虑和着手分析内在因素主要是指设计、制造工艺和材料质量等决定轴承质量的三大要素也可以称为制造质量因素首先,结构设计不合理当然不可能有合理的轴承寿命;仅有结构设计的合理性而不考虑先进性也不会有较长的轴承寿命;只有结构设计同时具有合理性和先进性,才会有较长的轴承寿命轴承制造要经过铸造、锻造、热处理、车削、磨削和装配等多种__工序各种__工序的合理性、先进性和稳定性也都会影响到偏航轴承的寿命和失效分析尤其是直接影响成品轴承质量的热处理和磨__工艺,往往与轴承的失效有更直接的关系今年来对轴承工作表面变质层的研究,能够说明磨削工艺与轴承工作表面质量的密切关系同时,偏航轴承材料的冶金质量亦是偏航轴承早期失效的主要因素外来因素主要是指__调整、使用保养及维护修理等是否符合技术要求因而也称为使用因素__条件是使用因素的首要因素之一,偏航轴承往往因__的不合适而导致的偏航精度达不到要求,使偏航轴承的受力状态发生变化,偏航轴承将在不正常的状态下运转并提早失效对润滑剂质量和密封进行分析和检验也很重要尤其是润滑剂的正确使用对延长偏航轴承的使用寿命至关重要的
[5]§
3.1材料因素对偏航轴承寿命的影响滚动轴承早期失效形式形成,主要有疲劳剥落、磨损、腐蚀、塑性变形等形式,在正常情况下,主要是接触疲劳轴承零件的失效除了服役条件外,主要受材料的硬度、强度、韧性、耐磨性、抗蚀性和内应力状态等因素制约在风力发电机装备中,位于机舱底部的偏航轴承是偏航系统中的重要部件,根据其同时承受轴向载荷、径向载荷和冲击载荷的受力特点,常采用单排四点接触球转盘轴承对于涉及多学科的偏航轴承来说,要特别注重制造轴承零件所用材料的优选、材料质量控制措施以及特大型轴承寿命等关键技术的研究和应用由于偏航轴承采用四点接触球,实际接触__很小,导致接触应力非常高,其最大值可达以上,因此选择抗压耐磨的材料,对于提高偏航轴承的使用寿命尤为重要
[20]现阶段,偏航轴承套圈推荐采用国内外转盘轴承常用的42CrMo合金结构钢42Cr加入Mo后,增加材料的淬透性,滚道采用表面淬火后,表面硬度可达到,增加接触疲劳寿命;而心部调质硬度,能够承受冲击而不发生塑性变形,具有很好的耐冲击性能;同时此种材料的锻造工艺成熟,锻件采购方便,调质后材料的力学性能得到了提高,表面淬火工艺成熟可靠,质量稳定钢球材料的选择为国内外通用的轴承钢__r15或__r15SiMn42CrMo原始__是粒状珠光体,在淬火低温回火状态下,淬火马氏体含碳量明显影响材料的力学性能42CrMo属于高碳铬钢,经过淬火后,含有Ar(残留奥氏体),轴承零件中的有利也有弊,随着奥氏体含量的增多,硬度和接触疲劳寿命随之而增加,达到峰值后有随之而降低42CrMo经淬火低温回火后,仍具有较大的内应力,零件中的残留内应力有利和弊两种状态,钢件热处理后随着表面残留压应力的增大,钢的疲劳强度随之增高,反之表面残留内应力为拉应力时,则使钢的疲劳强度降低钢中的杂质包括非金属夹杂物和有害元素(酸溶)含量,它们对钢性能的危害往往是相互助长的,钢中杂质对力学性能和制件抗失效能力的影响与杂质的类型、性质、数量、大小及形状有关,但通常都有降低韧性、塑性和疲劳寿命的作用因此,42CrMo热处理的好坏和42CrMo杂质含量对轴承的寿命都有密切关系由偏航轴承材料引起的失效形式有接触疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、塑性变形失效等§
3.2偏航轴承制造工艺的分析一般来说,偏航轴承应具有高的寿命,高的可靠性这些特别性能要达到这些要求,就必须在机械__工艺上首先确保零件各个指标,如旋转精度,尺寸精度,表面粗糙度,防锈能力等在偏航轴承的设计工艺中,接触角设计,沟道结构设计,密封设计等各个方面都将对轴承的使用寿命产生各种不确定的影响[21-23]偏航轴承的主要结构参数如图3-1所示图3-1偏航轴承的主要结构参数兆瓦机风力发电机的偏航轴承总成通常__在60m以上的塔架上,温度、湿度变化较大,载荷情况复杂,风力发电机偏航时,偏航速率赢尽量低,以避免陀螺力过大风机开始偏转时,偏航加速度将产生冲击力矩,偏航转速越高,产生的加速度也越大,另外,风机如果在运行过程中偏转,偏转齿轮上将承受相当大的脱落力矩,容易造成偏航轴承的疲劳失效
(1)游隙偏航轴承的游隙采用零游隙,这样在使用过程中可以减少冲击振动、提高承载能力,也可以在振动的情况下减小轴承的微动磨损游隙过小,容易出现卡死,烧伤等现象,而游隙过大,偏航系统的偏转精度不够,并且降低了轴承的承载能力偏航轴承的有效游隙值对轴承的使用寿命影响很大,见有效游隙与轴承使用寿命的关系图3-2图3-2偏航轴承游隙与寿命关系图从图中可知偏航轴承有效游隙值在稍微有一点负值时,寿命值最佳,再小时,寿命急剧下降,且摩擦增大,温度升高为安全起见最佳有效游隙值,一般都选择零游隙
(2)沟道曲率半径若采用内外圈沟道等曲率设计即,其结果会是偏航轴承内外圈的接触应力相差较大,轴承的疲劳寿命相应缩短,内圈沟道容易先失效而采用内圈沟道高密合度,外圈沟道低密合度设计,即取内圈沟曲率半径系数,外圈沟曲率半径系数,可使内外圈沟道最大接触应力值相近,减小轴承的摩擦力矩,增加沟底壁厚,保证良好的润滑条件和接触状况,提高轴承承载能力
(3)接触角对风电偏航轴承来说,接触角是偏航轴承重要的设计参数,它对轴承内部的负荷分布、润滑都有重要的影响,而负荷所产生的接触应力对轴承的接触疲劳和磨损有这重要影响,在很大程度上决定着轴承寿命的可靠性因此对不同接触角的偏航轴承内外圈和滚动体进行应力疲劳的分析意义重大,选取优化的结构参数,以达到寿命和可靠性要求根据偏航轴承载荷特点及装配性能要求,一般取
(4)内外圈挡边偏航轴承内外圈挡边直径直接影响到轴承承载能力,为了避免内外圈挡边与沟道表面的交线进入弹性接触区域而产生的应力集中现象,根据经验,内圈挡边高度,同样,外圈挡边高度,其中,为挡边高度系数,对于偏航轴承这样的特大型轴承,可取优化设计得到内外圈挡边,使偏航轴承的轴向承载能力可靠性得到了保证
(4)钢球对于偏航轴承这样的角接触轴承,当内外径尺寸确定是,从径向空间看,钢球直径过大,将使轴承内外圈沟底壁厚减小,轴承承载后易使内外圈产生弯曲变形;而钢球直径过大,将影响轴承的承载能力钢球数量不仅要求满足承载能力,而且需具有良好的轴承装配工艺性从理论上讲,钢球数量越多,偏航轴承的承载能力越大,但数量太多,既无法装配,还会降低保持架的强度和使用寿命由偏航轴承制造工艺引起的失效形式有疲劳失效、生锈腐蚀失效、烧伤失效、卡死失效等§
3.3润滑和密封对偏航轴承失效的影响滚动轴承的润滑和密封是轴承设计过程中不可或缺的部分对于偏航轴承来讲,工作场所条件恶劣,经常受到风沙侵袭,因此,润滑和密封有了更高的要求,良好的润滑条件和可靠的密封措施均可以有效的改善轴承使用状况,延长轴承的使用寿命
(1)润滑滚动轴承润滑的目的是减少轴承内部摩擦及磨损,在构成轴承套圈、滚动体及保持架的相互接触部分,防止金属接触,减少摩擦、磨损;防止烧粘,轴承的滚动疲劳寿命,在旋转中,滚动接触面润滑良好,则延长,相反地,油粘度低,润滑油厚度不好,则缩短;另外,润滑剂还有防止金属锈蚀的作用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__和润滑剂性能如果润滑不当,即便选用再好的材料制造,__精度再高,也起不到提高轴承寿命的效果润滑对偏航轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温升、振动等有重要影响,没有正常的润滑轴承就不能工作分析偏航轴承的损坏原因表明40%左右的轴承损坏都与润滑不良有关因此偏航轴承的良好润滑是减小轴承摩擦和磨损的有效措施除此之外轴承的润滑还对散热、防锈、密封、缓和冲击等起作用,要保证润滑剂不能过期失效选型要正确依据偏航轴承的工作温度以及负荷,偏航轴承的润滑一般采用干油润滑,也称为润滑脂润滑润滑脂是由基础油,增稠剂及添加剂组成的润滑剂,对于偏航轴承承受较大的冲击,润滑脂的选择更加的重要,适合的润滑脂可以满足偏航轴承高的工作温度,不易变质润滑脂的的性能,很大程度上受基础油的粘度、凝点有关,润滑脂的胶体分散体系的可塑性和相似粘度随温度变化,温度升高,基础油蒸发、氧化变质,胶体结构失稳,继续上升,结构破坏,温度频繁变化且幅度很大,会加剧凝胶、分油基础油50%~60%蒸发后,润滑脂失去润滑作用温度每升高10~15º,润滑脂的寿命缩短一倍由偏航轴承润滑不良引起的失效形式有接触疲劳失效、磨损失效、擦伤失效、变色失效、保持架的损伤等
(2)密封偏航轴承的密封圈的材料选择丁腈橡胶,该材料各项性能指标在-40~50℃下性能非常稳定,能够满足偏航轴承的实际环境要求,保证轴承野外工作时,密封圈不早期失效,不使异物进入轴承内部偏航轴承的密封不良使杂质进入轴承内部,既影响套圈与滚动体之间的正常接触形成疲劳源,又影响润滑或污染润滑剂由偏航轴承密封不良引起的失效形式有磨损失效、腐蚀失效、压痕失效、润滑剂失效等§
3.4提高偏航轴承工作寿命的有效措施前面对影响偏航轴承失效的主要因素进行了具体的分析,其中一种因素可能引起不同的失效形式,如偏航轴承的接触疲劳寿命与材料的疲劳强度有密切的关系,材料的疲劳强度不够可能引起偏航轴承接触疲劳失效;偏航轴承的塑性变形失效与材料的韧性、塑性存在着内在__,材料韧性不足可能引起偏航轴承的塑性变形失效但是引起偏航轴承某一种失效的原因并不是某单一因素,一种失效形式往往都是多个因素共同影响的结果,例如偏航轴承的接触疲劳失效不仅仅是由材料因素引起的,它还与偏航轴承的载荷状况、制造精度、游隙等因素有关因此,在提高偏航轴承工作寿命的措施要从材料的选择到偏航轴承的__使用及维护各个方面考虑,只有各个方面都得到保证才能有效的提高偏航轴承的工作寿命提高偏航轴承工作寿命的措施有选取__材料,改善材料的性能偏航轴承套圈一般选取42CrMo,42CrMo中随着S,P含量的增加,钢的低温冲击功明显降低,在一定范围内,Mn含量的提高可以削弱S对低温冲击功的不利影响,提高偏航轴承的可靠性除了42CrMo之外,通过对风电偏航轴承采用不同工程材料进行分析,在联合载荷下,轴承材料采用陶瓷材料时,耐久性高,隔绝电流,对转动部件的磨损很小,可以在润滑不良等极端的环境下工作,更适合于做偏航轴承其中,SKF专为大型风力发电机设计和__的超大型混合陶瓷四点接触球转盘轴承优化设计制造,提高__精度经过__多年的发展,偏航轴承的设计制造得到不断的优化,但是偏航轴承工作环境变化比较大,轴承的承载过程中存在薄弱环节,可依据具体的工况,在设计中不断改进设计参数,以达到设计要求,从而提高此类轴承产品的设计质量偏航轴承属于特大型的精密部件,__精度很难得到保证,提高偏航轴承的__精度就是提高了偏航系统的偏转精度,可以使偏航轴承在正常的工作环境下作业,减少了不确定因素的影响,从而提高了偏航轴承的可靠性选取__的润滑剂偏航轴承的寿命要求达到__年,但是在__年内很难保证润滑剂的润滑质量,润滑剂的提早失效是偏航轴承中存在的主要问题,选取__的润滑剂,可以有效的改善偏航轴承后期的润滑质量,从而提高了偏航轴承的工作寿命提高偏航轴承密封的可靠性偏航轴承的工作环境恶劣,常受到风沙的侵袭,空气中凝结水的腐蚀,高可靠性的密封措施可以防止沙尘、凝结水进入轴承内部采取正确的__方式偏航轴承的__是否正确,影响着精度、寿命、性能即使使用了高性能的轴承,如果__不当,也不能达到预期的性能效果,而且容易使轴承损坏__时不许强力冲压,不许用锤直接敲击轴承,不许通过滚动体传递压力,尽量使用专用的__工具结论偏航轴承的典型失效分析属于对轴承应用中存在问题的基础性技术分析,是一门涉及产品的结构设计、机械制造工艺、材料的选用与冶金技术,以及摩擦学、腐蚀学、工程力学、断裂力学、金属物理和表面物理等广泛的学科领域和技术门类,研究偏航轴承的失效机理,提出相应的预防和维护措施,对于提高偏航轴承的可靠性,提高风电设备的使用寿命,提高经济效益,保证设备的__安全稳定运行,均有现实的意义本文通过偏航轴承的接触疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、胶合失效、塑性变形失效等几种失效形式的分析,得出以下几点结论
(1)材料是偏航轴承的基本,也是影响偏航轴承失效的主要原因之一,材料质量的好坏、材料热处理的好坏直接影响偏航轴承的使用年限,由于材料因素造成偏航轴承的形式有多种,如偏航轴承的接触疲劳寿命与材料的疲劳强度有密切的关系偏航轴承的塑性变形失效与材料的韧性、塑性存在着内在__
(2)偏航轴承的制造工艺是偏航轴承的应用参数确定的,钢球的数量和直径、沟渠率半径、游隙精度、接触角等都与轴承的失效有着密切的关系
(3)偏航轴承的工况恶劣,对偏航轴承的密封和润滑都要进行特殊的处理来提高轴承的寿命
(4)偏航轴承的失效不是由于单一的因素造成的,常常是多个因素相互作用的结果因此提高偏航轴承的工作寿命,要对影响偏航轴承失效的所有因素进行优化设计,才能有效的提高偏航轴承的寿命和可靠性____
[1]杨晓蔚.风电产业、风电设备及风电轴承[J].轴承.2009,
(12)54-59
[2]何家群.风电产业和风电轴承[J].电器制造,2009,
(9)58-61
[3]陈龙武建柯等.风力发电机用轴承简述[J].轴承.2008,
(12)45-50
[4]陆骥.滚动轴承的失效分析[D].复旦大学硕士学位论文.2006
[5]赵传国.滚动轴承失效分析概论[J].轴承.1996,
(1)39-46
[6]全国滚动轴承标准化技术委员会.用标准提高风电设备过程化率[J].现代零部件.2008,
(6)40-43
[7]练松伟徐玲玲等.风力发电机轴承机械行业标准[M].洛阳LYC轴承有限公司.2007
[8]冯琴张先鸣.200__电机组中的风电轴承[M].装备材料.2011,1169-71
[9]方成钢,高学海.风电转盘轴承的设计与制造[J].轴承.2009,0957-62
[10]秦海岩.2009中国风电发展[M].北京中国可再生能源风电委员会,2010
[11]陆雪忠高解农.风电偏航、变桨轴承寿命试验装置研制[J].价值工程.2010,205-206
[12]LarryMumper.WindTurbineTechnologyTurnsOnBearingsAndConditionMonitoring[J].Renewablesolution.2006,58-61
[13]SouichiYagi.BearingsforWindTurbine[J].NTNTechnicalreview.2004,
(71)40-47
[14]SchaefflerKG.ExpertiseinBearingTechnologyandSevi__forWindTurbines[J].SCHAEFFLERGROUP.2006
[15]冯世龙.大型风电轴承的发展趋势.现代制造现代驱动[J].2010,
(3)
[16]沈德昌.大型风电机组轴承[J].太阳能.2010
(1)35-36
[17]拾益跃胡栋.滚动轴承早期失效分析[J].轴承.2008,
(2)31-32
[18]申甲斌路奎华等.风机轴承失效分析[J].机械工程.2009,
(5)32-33
[19]ZikaTho__sBuschbeckFrank.风力发电机中轴承的过电流问题[J].研究与设计.2008,
(9)15-19
[20]王明礼王建等.42CrMo钢冶金质量和显微__对低温冲击功的影响[J].轴承.2009,
(12)37-39
[21]李言朱亮等.兆瓦级风电偏航轴承沟道设计和寿命研究[J].中国机械工程.2011,
(2)132-137
[22]夏新涛马伟等.滚动轴承制造工艺学[M].北京机械工业出版社.2007
[23]邓四二贾群义等.滚动轴承设计工艺[M].北京中国标准出版社.2008
[23]朱亮李言等.接触角对风电偏航轴承疲劳寿命的影响[J].机械科学与技术.2011,
(1)30-35
[24]李言朱亮等.兆瓦级风电偏航轴承沟道设计和寿命研究[J].中国机械工程.2011,
(2)132-137
[25]YangHongyu.Faultdiagnosisofrollingelementbearingsusingbasispursuit[J].MechanicalSystemsandSignalPro__ssingVolume.2005341-356
[26]M.GOTOH.DevelopmentofHigh-capacityTaperedRollerBearing[J].KoyoEngineeringJournal.2004,
(3)31-35致 谢短短的两个月过去了,经过自己的艰辛努力和指导老师的辛勤指导,我完成了自己的毕业设计在整个毕业设计中,我从自身的努力探索中、从指导老师和所有对我的热情帮助中,不仅学会了丰富的书本知识和轴承专业知识,更重要的是学会了怎么去发现问题,解决问题,这将使我在以后的工作和生活中受益匪浅在论文结束之际,我要感谢我的指导老师杜辉杜老师治学严谨、工作认真、待人诚恳,不仅传授我知识和学习的方法,而且在学习及人生态度等方面给予我许多教诲,这将使我终身受益!在本次毕业设计过程中,得到了许多老师的指导和同学的热心帮助在此,我表示衷心的感谢!同时我还要向所有传授过我知识的老师们、向答辩组的老师们表示诚挚的感谢!同时感谢毕业设计中提供过帮助的老师,更要感谢培育我们四年的母校!并预祝母校的明天会更好!我还要向所有传授给我知识的老师们、向答辩组的老师们表示诚挚的感谢!更要感谢培育我四年的母校!轴承失效分析|轴承断裂失效分析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____ 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
1.失效实物和背景材料的收集 尽可能地收集到失效事物的各个零件和残片充分了解失效轴承的工作条件、使用过程和制造质量等具体内容包括
(1)主机的载荷、转速、工作状况等轴承的设计工作条件
(2)轴承及其相关部位其他零件的失效情况,轴承失效的类型
(3)轴承的__运转记录运转使用过程中有无不正常操作
(4)轴承工作中所承受的实际载荷是否符合原设计
(5)轴承工作的实际转速及不同转速出现的频率
(6)失效时是否有温度的急剧增加或冒烟,是否有噪声及振动
(7)工作环境中有无腐蚀性介质,轴承与轴颈间有无特殊的表面氧化色或其他沾污色
(8)轴承的__记录(包括__前轴承尺寸公差的复验情况),轴承原始间隙、装配和对中情况,轴承座和机座刚性如何,__是否有异常
(9)轴承运转是否有热膨胀及动力传递变化
(10)轴承的润滑情况,包括润滑剂的牌号、成分、颜色、粘度、杂质含量、过滤、更换及供给情况等,并收集其沉淀物
(11)轴承的选材是否正确,用材质量是否符合有关标准或图样要求
(12)轴承的制造工艺过程是否正常,表面是否有塑性变形,有没有表面磨削烧伤
(13)失效轴承的修复和保养记录
(14)同批或同类轴承的失效情况 在收集实际背景材料工作中,全部满足上述要求是很难的但收集到的资料越多,无疑会更有利于得到正确的分析结论
2.宏观检查 对失效轴承进行宏观检查(包括尺寸公差测量和表面状态检查分析),是失效分析最重要的环节总体的外观检查,可了解轴承失效的概貌和损坏部位的特征,估计造成失效的起因,察看缺陷的大小、形状、部位、数量和特征,并截取适当部位做进一步的的微观检查和分析宏观检查的内容包括
(1)外形和尺寸的变化情况(包括测振分析、动态函数分析和滚道圆度分析)
(2)游隙的变化情况
(3)是否有腐蚀现象,在什么部位,是什么类型的腐蚀,是否与失效直接有关
(4)是否有裂纹,裂纹的形态和断口性质如何
(5)磨损是什么类型的,对失效有多大作用
(6)观察轴承各零件工作表面变色的情况和部位以确定其润滑情况和表面温度效应
(7)对失效特征区主要观察有无异常磨损、外来颗粒嵌入、裂纹、擦伤和其他缺陷
(8)冷酸洗法或热酸洗法检验轴承零件原始表面有无软点、脱碳层和烧伤,特别是表面磨削烧伤
(9)用X射线应力测定仪器测量轴承工作前后的应力变化情况 宏观检查的结果,有时可基本判断失效的形式和原因,但要进一步确定失效的性质,还必须取得更多的证据,做微观分析
3.微观分析 失效轴承的微观分析包括光学金相分析、电子显微镜分析、探针和电子能谱分析等主要是根据失效特征区的微观__结构变化和对疲劳源、裂纹源的分析为失效分析提供更充分的判据或反证微观分析中最常用、最普遍的方法是光学金相分析和对表面硬度检测分析的内容应包括
(1)材料质量是否符合有关标准和设计要求
(2)轴承零件的基本__和热处理质量是否符合有关要求
(3)表层__是否存在脱碳层、托氏体和其他表面__变质层
(4)测量渗碳层等表面强化层和多层金属各层__的深度,腐蚀坑或裂纹的形态与深度,并根据裂纹的形状和两侧__特征确定裂纹产生的原因及性质
(5)根据晶粒大小、__变形、局部相变、重结晶、相聚集等判断变形程度、温升情况、材料种类及工艺过程等
(6)测量基本硬度、硬度均匀性及失效特征区的硬度变化
(7)断口观察与分析用扫描电子显微镜定性分析和测量观察断口
(8)电子显微镜、探针和电子能谱在疲劳源和裂纹源分析中能测出断口的成分,发现断口的性质和断裂的原因 以上介绍的轴承失效分析一般方法的三个步骤是一个由表及里逐步深入的分析过程具体每一步骤中包含的内容应根据轴承失效的类型和特点,视具体情况取舍,但分析步骤是缺一不可的而且在整个分析过程中,分析结果应始终与影响轴承失效的诸多因素__起来,综合考虑轴承过早失效的金相分析轴承在工作中,由于种种复杂的原因,诸如结构不合理,材料质量差,性能低,工作表面上的缺陷,冲击,振动,__不当和润滑不良等,均能造成轴承早期失效然而,在某些情况下,有的轴承根本就未投入使用运行,只是用户在装机过程中原先的完整面貌即遭破损,失去了使用性,造成轴承过早失效本文所要揭示的就是属于这种失效形式的一个实际例子
一、失效背景 某动力机厂在组装S195柴油机齿轮箱时,出现6205深沟球轴承内圈间断或连续地发生崩裂块现象,在数量上占有一定的比例每台齿轮箱装四套据现场了解,该批轴承总供货量为3000套,实际已装用1000套,余下的2000套因用户“心有余悸”不敢装机 经查实,齿轮箱轴的尺寸符合图纸要求,轴承装机方__确,系由固定的熟练工完成用户曾开箱抽取40套测定轴承内外圈的硬度,并经DZ-2000型大型磁力探伤机探伤,结果硬度处于61~65HRC范围,符合JB1255标准规定,肉眼检查未发现裂纹鉴于此,为了觅求轴承套圈崩裂的原因,将现场破损的轴承返回,进行了常规理化测试 这些套圈系经箱式电阻炉840~860℃加热淬火,160℃×2~h低温油回火处理
二、试验方法与结果
1.宏观观察 图1为装机时破损的轴承之实物照片 经仔细观察实物可知 1在所有破损的轴承上未见到因装机敲击而留下的击伤痕迹,钢球、保持架等零件完整无损 2内圈的崩裂起始于滚道中心的一侧,约占端面直径的1/2或1/4 3断口处存在伸入内径面的二次纵向直裂纹,裂纹形似刀切,穿透壁面 4整个崩裂的外形高低不平,但断口表面光滑平整没有塑性变形迹象,仅有少量撕裂痕 5断口呈灰色细晶粒瓷状脆性断口
2.酸蚀试验 分别将崩裂内圈与完整内圈用11的盐酸水溶液进行热酸洗,温度为60~70℃,时间10min,结果如图2所示 1在崩裂处附近的滚道内存在条带状磨削烧伤与磨削裂纹 2磨削裂纹呈树枝状,沿滚道一侧分布,并与磨削方向平行,崩裂正好沿磨削裂纹发展 3二次纵向直裂纹与崩裂断口及磨削裂纹大致呈“T”形垂直 4整个套圈表面分布着疏松状黑色暗点和孔隙,其外形呈圆形或椭圆形在放大40倍的体视显微镜下观察,其外形呈不规则的空洞或圆形针孔,它们相互可以连接成似晶界形状,而完整的套圈表面则颇为光洁,看不到上述的缺陷
3.宏观硬度与显微__ 为了进一步了解套圈的硬度分布情况和淬回火显微__及表层的显微__特征,选择部分崩裂的内圈及其碎块,在其端面上侧定宏观硬度,并用线切割法在崩裂处附近截取纵向金相试样,结果为 1宏观硬度值为64~
65.2HRC 2淬回火__符合JB1255标准的3~4级,局部区域达5级,为细小结晶马氏体+隐晶马氏体十细小针状马氏体+少量残余碳化物+残余奥氏体 3在100倍下观察,马氏体基体呈明显的黑白条带状__,若按YB9-59标准则可评定为4级,如图3所示 4观察到滚道表面存在一层外形呈月牙形的二次淬火白层__和次表面的高温软化层__,即“过回火层其白层深度最表面至月牙底约为
0.033~
0.056mm,过回火层深度约为
0.293mm,可见磨削烧伤程度甚为严重,如图4所示
三、结果分析
1.磨削质量对轴承过早失效的影响从以上的测试结果可以判定,滚道一侧的磨削裂纹和磨削烧伤是引起套圈崩裂、导致轴承过早失效的一个直接原因、本例揭示的裂纹宏观形态与磨削烧伤的分布特征说明,滚道的原始位置过偏或滚道的R不圆,使滚道的一侧磨削余量增大,当粗磨阶段进给量大、磨削速度快时,整个滚道就产生了不均匀的磨削如果砂轮不及时修整,将促使磨屑嵌入或粘着造成砂轮孔隙堵塞而钝化,由此会引起砂轮不平衡度增高,主轴振动加剧,甚至机床振动而发生磨削颤振显然磨削力就发生周期性变化,形成间断性的烧伤条带 这样磨削区的率擦力与磨削力势必就会增高,产生较高的磨削热当磨削区表面瞬间温度高达或超过Acm时,滚道局部被磨表面将重新奥氏体化此时体积膨胀,而内层的低温部分则阻碍其膨胀,产生表面压缩而内层为伸胀的热应力当砂轮脱离磨削表面后.在外部冷却液的急冷条件下即使是空冷,表面已奥氏体化的薄层又重新进行第二次悴火,形成高硬度的二次淬火__,即“磨削白层”同时由于磨削热向内和其邻层进行的渗透扩散作用,使之形成一层硬度较低的黑色“过回火层”,此时体积收缩,这样在磨削表面层内就产生了较高的温度梯度,从而引起一系列__变化和力学性能的变化.磨削白层”系处于压应力状态,而“过回火层”则处于最大的拉应力状态,因此裂纹核心最容易在此萌生,尤其是“磨削白层”与‘过回火层,的交界面上,因为这里是__变化最明显突变处,拉应力最集中,强度最弱,当残余拉应力值大于材料的抗破断强度时,裂纹就向半径方向扩展,使表层出现断裂,即磨削裂纹
2.二次淬火白层__的特征 由于白层是一种奥氏体、马氏体和碳化物共存的多相高弥散__.奥氏体与马氏体之间存在着共格的伪平衡系统以及晶格常数有差异,所以形成马氏体时,二次奥氏体的点阵发生强烈暗变,这就导致了白层__硬度的增高又因奥氏体-马氏体界面上的表面能趋于零,在腐蚀剂的作用下,__上不产生电化学的原电池,故白层难于腐蚀,只不过它是在磨削条件下形成的白层
3.钢材质量和淬回火__质量对诱发磨削裂纹的影响 淬回火状态时马氏体基体黑白浓度差,较高的宏观硬度值及疏松缺陷等,也是诱发磨削裂纹的一个不可忽视的潜在因素黑白浓度差的出现表明原始__中存在严重的带状碳化物,由此引起带上与带间的碳格浓度的偏析,因此淬火后增大了带间的过热倾向和Ms点高低之差别,造成淬火__和残余应力的分布不均匀性及增加基体脆性,削弱了晶粒与晶粒、晶粒与基体、以及基体与基体之间的接合力.尽管套圈已经过低温油回火,但由于回火不充分或该马氏体基体在该条件下回火,其抗回火性高的原因,以致淬火马氏体回火转变不完全,仍保持高硬度、高内应力的淬火状态这些因素均有利于磨削应力集中,不易分散,易与基体残余应力叠加,特别是在超级别带状碳化物上伴随有网状、条状碳化物时,则磨削应力最易集中,促使零件表面形成剥落及分散分布的条状与残余网络状龟裂明显的疏松缺陷在成品轴承套圈上是不容许存在的它会降低套圈的致密度,使内部富集较多的微孔隙,低熔点杂质,气体和非金属夹杂物.它与带状碳化物一样,起到分割基体连续性作用,造成成分偏析,基体致脆,大大降低套圈的综合力学性能,而且磨削时增大摩擦阻力和缺口敏感性,促使磨削应力高度集中,极易诱发磨削裂纹
4.磨削裂纹的特性分析 磨削裂纹纤细,仅伸入表面浅层,开口极小,难于发现,是一种典型的表面裂纹,其性特脆,在工程上危害性极大,是所有裂纹中最危险的一种往往一经外力作用就使金属内部结构的运动有了方向性,有时即使在较小的外力作用下,只要外力作用时间充分,也会产生裂纹或使零件断裂甚至有时根本就没有外力,由于金属内部的空位和塞积的迁移扩散,残余应力的释放,残余奥氏体的马氏体化相变胀应力,原子运动的加剧等,只要在一定的温度条件下,通过表面某些缺口,诸如磨裂、烧伤、发裂、打字痕、车刀痕、锐角、疏松孔洞和局部拉应力集中区等,同样会引起开裂自身裂纹,形成崩裂脱裂、脱圈、脱肩和脱缘,造成大片的剥落块 磨削裂纹最常见的宏观形态有两种,即与磨削方向成直角的若干平行线和龟甲状而本例揭示的磨削裂纹宏观形态较为特殊,系与磨削方向平行正因为这样,延迟了套圈在__过程中发生断裂或者裂纹还未全形成,只是在该部位集中了较高的拉应力或裂纹已经形成,只因甚为纤细,以致于磁力探伤也无法显示,而在热酸蚀的作用下,沿最大拉应力方向发展为类似于应力腐蚀裂纹SCC的磨削裂纹,将裂纹进一步扩大 无疑,6205轴承在装机时的敲击冲击引起的振动和轴与套之间的胀力引起的弹塑性变形,正是为套圈的崩裂提供了“天然的”外力作用与时间,当崩裂发生后就以垂直方式快速扩展为二次裂纹
四、结论 1套圈所用材料的均匀性与致密度较差是造成套圈崩裂的先天性因素 2套圈被道在强烈的磨削热和冷却液的作用下,表面薄层瞬时形成二次悴火磨削白层,产生较高的磨削拉应力,引起磨削裂纹与磨削烧伤 3套圈回火不充分,致使马氏体基体仍保持高硬度脆性,较高的残余应力,以及微观__的不均匀性,极易促使应力叠加并诱发磨削裂纹和磨削烧伤 4可以认为6205轴承过早失效是材料的冶金缺陷、热处理缺陷和磨削裂纹等因素的综合作用的结果,而微观__的不均匀性截面__差异与表面局部拉应力是崩裂的根本原因 5轴承装机时的振动和胀力正是为崩裂提供了“天然的”外力作用与时间,致使促发套圈突然发生脆性崩裂掉块。