Page 91 - 理化检验-物理分册2022年第十一期
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胡 宸, 等: 航空滚动轴承外圈剥落原因
表 1 轴承外圈水浸超声检测结果
1.5 硬度测试
探头参数 检测结果 缺陷性质
采用 0.5k g 载荷对轴承外圈“ 蝶形” 组织和基
ϕ 0.4mm 未检出缺陷 -
体进行显微硬度测试, 结果如表 2 所示。由表 2 可
ϕ 0.4mm , 10dB 未检出缺陷 -
拔槽与滚道交界 孔洞、 夹杂、 微裂纹 知:“ 蝶形” 组织区域的平均硬度为 888HV , 比基体
ϕ 0.4mm , 12dB
边缘检出缺陷 等缺陷
组织硬度高约 150HV 。
ϕ 0.4mm , 16dB 未检出缺陷 -
图 7 疑似微小孔洞的 SEM 形貌
表 2 轴承外圈“ 蝶形” 组织和基体硬度的测试结果 HV 结果可知, 轴承材料内部存在微小孔洞, 外圈滚道并
测试位置 测点 1 测点 2 测点 3 平均值 未见异常的夹杂物, 因此判断轴承材料内部存在缺
陷, 导致了“ 蝶形” 组织的产生, 轴承外圈发生疲劳剥
“ 蝶形” 组织 893.4 912.7 857.9 888.0
落与“ 蝶形” 组织有关。
基体 725.1 751.8 730.5 735.8
根据赫兹理论, 在纯滚动接触载荷的作用下, 最
2 综合分析 大交变剪切应力位于滚道次表面, 当接触应力较大
时, 会从次表面处萌生疲劳裂纹, 并产生剥落。如果
由宏观观察和 SEM 分析结果可知, 轴 承外圈
接触应力足够大, 尽管轴承材料中无夹杂或其他不
剥落区的宏观形貌呈连续的“ 鱼鳞状”, 微观形貌为
连续性缺陷, 也会产生白色的“ 蝶形” 组织。正常轴
典型的碾压磨损形貌, 局部可见疲劳条带特征, 是裂
承外圈未见明显的“ 蝶形” 组织, 说明该类轴承本身
纹扩展时留下的典型微观特征, 且剥落区边缘可见
的试验应力并不足以产生“ 蝶形” 组织。这进一步说
较多的微裂纹, 并沿基体延伸, 可判断在轴承外圈表
明了“ 蝶形” 组织的产生与材料内部微小缺陷有关。
面发生了接触疲劳剥落。
轴承内部存在缺陷( 孔洞、 裂纹或夹杂等), 且外 3 结论与建议
部承受较大的接触应力, 导致轴承外圈次表面产生
( 1 )轴 承 外 圈 滚 道 的 失 效 性 质 为 接 触 疲 劳
了“ 蝶形” 组织。如果轴承滚道次表面存在孔洞、 微
剥落。
裂纹或夹杂等缺陷, 当滚动体经过缺陷上方时, 缺陷
( 2 )材料内部存在微小缺陷是“ 蝶形” 组织产生
处就会受到挤压作用而发生弹性变形, 滚动体离开
的原因, 轴承外圈发生疲劳剥落与“ 蝶形” 组织有关。
该位置后, 缺陷处弹性变形恢复, 如此重复 上述过
剥落原因为:“ 蝶形” 组织与基体的硬度差异导致局
程。轴承转速极高, 缺陷处反复张合, 产生了很高的
部应力集中, 从而诱发裂纹萌生, 在交变载荷的作用
形变热, 热量向缺陷两侧扩散, 形成类似“ 蝶形” 的热
下, 裂纹与“ 蝶形” 组织相互促进发展, 并不断扩展至
影响区。“ 蝶形” 热影响区温度会超过材料的相变点
表面, 导致轴承外圈剥落。
( 奥氏体化温度)。“ 蝶形” 热影响区离表面很近, 能
( 3 )建议对轴承材料进行排查, 并加强对轴承
被润滑油快速冷却, 即发生淬火, 形成马氏体组织,
的保护。
这种组织一般很难被侵蚀。由硬度测试结果可知,
参考文献:
“ 蝶形” 组织硬度高于基体, 容易在交界处以及组织
内部萌生裂纹。在交变载荷的持续作用下, 裂纹与 [ 1 ] 丛韬, 付秀琴, 张弘, 等 . 铁路轮对用轴承外圈开裂失
“ 蝶形” 组织之间相互促进发展, 当裂纹向表面扩展 效分析[ J ] . 理 化 检 验( 物 理 分 册), 2014 , 50 ( 8 ): 599-
时, 形成了疲劳剥落。由金相检验和水浸超声检测 602. ( 下转第 78 页)
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