空心圆柱滚子轴承应力腐蚀磨损特征
2009-02-06
摘要：空心圆柱滚子轴承为应力腐蚀磨损失效。造成腐蚀的原因是润滑添加剂中Cl-和滚动体与内外环间预应力联合作用的结果。其磨损具有层状剥落特征。
关键词：空心圆住滚子轴承，应力腐蚀磨损
空心圆柱滚子轴承作为一种新型滚动轴承已成功地在磨床主轴等方面获得了应用。其结构特点是：滚动体空心度大于50%，无保持架和滚动体与内外环之同始终存在预应力。近来，为了克服油膜轴承在使用维护等方面的缺点，尤其是对出口产品，已将部分磨床主轴改用滚动轴承支撑。但因设计等方面的困难，该位置只能采用油雾或油脂润滑。为改善其润滑性能，采用了两种措施。而改变泄油孔位置使轴承箱中有少量存油造成飞溅润滑和在油中添加某国进口的润滑添加剂。设备经短时使用后，轴承因磨损而失效。检查发现。由于造成油雾的压缩空气中含有水分，使轴承箱中存有少Z积水，轴承失效形式为：在滚动体和内外环的滚道面上有一些近似每间距的磨痕，往往一边较平直而另一边表现为不规助的边界。通过XPS、SEM及显微硬度分析，找到了引起失效的原因。
1.SEM观察
首先对失效零件进行了常规的金相及硬度检查，表明产品质量合格，滚道表面显徽硬度为740HV。说明使用中表面温度正常，没有发生高温引起表面材料软化的现象。
用JSM-35C型SEM对失效轴承滚道观察表明，磨损部位布满了腐蚀坑，如图la、b所示，剥落较平直一边的形貌见图1c，为较深的蚀坑，而具有不平直边界一侧的形貌为较浅的蚀坑(如图1d)。并有层状剥落特征。
关键词：空心圆住滚子轴承，应力腐蚀磨损
空心圆柱滚子轴承作为一种新型滚动轴承已成功地在磨床主轴等方面获得了应用。其结构特点是：滚动体空心度大于50%，无保持架和滚动体与内外环之同始终存在预应力。近来，为了克服油膜轴承在使用维护等方面的缺点，尤其是对出口产品，已将部分磨床主轴改用滚动轴承支撑。但因设计等方面的困难，该位置只能采用油雾或油脂润滑。为改善其润滑性能，采用了两种措施。而改变泄油孔位置使轴承箱中有少量存油造成飞溅润滑和在油中添加某国进口的润滑添加剂。设备经短时使用后，轴承因磨损而失效。检查发现。由于造成油雾的压缩空气中含有水分，使轴承箱中存有少Z积水，轴承失效形式为：在滚动体和内外环的滚道面上有一些近似每间距的磨痕，往往一边较平直而另一边表现为不规助的边界。通过XPS、SEM及显微硬度分析，找到了引起失效的原因。
1.SEM观察
首先对失效零件进行了常规的金相及硬度检查，表明产品质量合格，滚道表面显徽硬度为740HV。说明使用中表面温度正常，没有发生高温引起表面材料软化的现象。
用JSM-35C型SEM对失效轴承滚道观察表明，磨损部位布满了腐蚀坑，如图la、b所示，剥落较平直一边的形貌见图1c，为较深的蚀坑，而具有不平直边界一侧的形貌为较浅的蚀坑(如图1d)。并有层状剥落特征。
(a)空心圆柱滚动体表面蚀坑
(b)外环滚道表面蚀坑
(c)滚动体剥落平直一侧
(d)滚动体剥落不规则一侧
图1 磨损表面的SEM形貌
2.XPS分析
采用XSAM800型多功能表面分析仪对腐蚀表面进行了元素及价态的分析。试脸结果表明：腐蚀表面硫的含量非常少，氯主要是以FeCl2的形式存在，氧的存在形式较复杂，除以FexOy形式存在以外，还有部分以某种酸根或某种有机物的形式存在。碳的分析也证明了确有有机物的存在。
3.结果分析
使用中轴承箱虽然存在部分积水，但轴承直接与水接触的其它部分并未发生锈蚀，因而腐蚀不是由水所造成。根据上述试脸结果和空心圆柱滚子轴承结构特点分析可知。
轴承为应力腐蚀磨损失效。剥落表面分析指出，腐蚀产物为FeCl2。由于氯离子半径小，吸附力强，易于在金属表面富集；而当设备在较长时间闲置不用时，因滚动体与内外环的接触点始终存有预应力，使其具备了应力腐蚀(SCC)的条件.在Cl-和应力的联合作用下，光滑零件表面产生点蚀。这就是内外环滚道表面剥落呈现数组等间隔分布的原因，等间隔剥落的组数即为长时间停车产生应力腐蚀的次数。每当设备再次工作时，在接触应力的作用下已经疏松的组织很容易剥落。其后，这些相对粗糙的表面将更有利于氯离子的吸附，该部分的腐蚀磨损即呈加速状态。在腐蚀和接触应力的交互作用下，磨损表现出层状剥落特征。另外，剥落主要向一边扩一展的原因可能是油渗入腐蚀裂纹中，在接触应力作用下沿滚动方向的裂纹被封闭，油契效应使裂纹得以向另一侧扩展的结果。
上述分析表明，对空心圆柱滚子轴承来说由于预应力的存在，在选择润滑及使用工况时应避免腐蚀介质的存在，否则将造成应力腐蚀失效。
FexOy的存在是表面在空气中自然氧化的结果。有机物则为添加剂中的其它组分。
4.结论
空心圆柱滚子轴承为应力腐蚀磨损失效。造成腐蚀的原因是润滑添加剂中Cl-和滚动体与内外环间预应力联合作用的结果。其磨损具有层状剥落特征。（作者：罗虹，刘家淡；来源：清华大学）
使用中轴承箱虽然存在部分积水，但轴承直接与水接触的其它部分并未发生锈蚀，因而腐蚀不是由水所造成。根据上述试脸结果和空心圆柱滚子轴承结构特点分析可知。
轴承为应力腐蚀磨损失效。剥落表面分析指出，腐蚀产物为FeCl2。由于氯离子半径小，吸附力强，易于在金属表面富集；而当设备在较长时间闲置不用时，因滚动体与内外环的接触点始终存有预应力，使其具备了应力腐蚀(SCC)的条件.在Cl-和应力的联合作用下，光滑零件表面产生点蚀。这就是内外环滚道表面剥落呈现数组等间隔分布的原因，等间隔剥落的组数即为长时间停车产生应力腐蚀的次数。每当设备再次工作时，在接触应力的作用下已经疏松的组织很容易剥落。其后，这些相对粗糙的表面将更有利于氯离子的吸附，该部分的腐蚀磨损即呈加速状态。在腐蚀和接触应力的交互作用下，磨损表现出层状剥落特征。另外，剥落主要向一边扩一展的原因可能是油渗入腐蚀裂纹中，在接触应力作用下沿滚动方向的裂纹被封闭，油契效应使裂纹得以向另一侧扩展的结果。
上述分析表明，对空心圆柱滚子轴承来说由于预应力的存在，在选择润滑及使用工况时应避免腐蚀介质的存在，否则将造成应力腐蚀失效。
FexOy的存在是表面在空气中自然氧化的结果。有机物则为添加剂中的其它组分。
4.结论
空心圆柱滚子轴承为应力腐蚀磨损失效。造成腐蚀的原因是润滑添加剂中Cl-和滚动体与内外环间预应力联合作用的结果。其磨损具有层状剥落特征。（作者：罗虹，刘家淡；来源：清华大学）
