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空心圓柱滾子軸承應(yīng)力腐蝕磨損特征

2009-02-06

　　摘要：空心圓柱滾子軸承為應(yīng)力腐蝕磨損失效。造成腐蝕的原因是潤滑添加劑中Cl-和滾動(dòng)體與內(nèi)外環(huán)間預(yù)應(yīng)力聯(lián)合作用的結(jié)果。其磨損具有層狀剝落特征。
　　關(guān)鍵詞：空心圓住滾子軸承，應(yīng)力腐蝕磨損
　　空心圓柱滾子軸承作為一種新型滾動(dòng)軸承已成功地在磨床主軸等方面獲得了應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：滾動(dòng)體空心度大于50%，無保持架和滾動(dòng)體與內(nèi)外環(huán)之同始終存在預(yù)應(yīng)力。近來，為了克服油膜軸承在使用維護(hù)等方面的缺點(diǎn)，尤其是對出口產(chǎn)品，已將部分磨床主軸改用滾動(dòng)軸承支撐。但因設(shè)計(jì)等方面的困難，該位置只能采用油霧或油脂潤滑。為改善其潤滑性能，采用了兩種措施。而改變泄油孔位置使軸承箱中有少量存油造成飛濺潤滑和在油中添加某國進(jìn)口的潤滑添加劑。設(shè)備經(jīng)短時(shí)使用后，軸承因磨損而失效。檢查發(fā)現(xiàn)。由于造成油霧的壓縮空氣中含有水分，使軸承箱中存有少Z積水，軸承失效形式為：在滾動(dòng)體和內(nèi)外環(huán)的滾道面上有一些近似每間距的磨痕，往往一邊較平直而另一邊表現(xiàn)為不規(guī)助的邊界。通過XPS、SEM及顯微硬度分析，找到了引起失效的原因。
　　1.SEM觀察
　　首先對失效零件進(jìn)行了常規(guī)的金相及硬度檢查，表明產(chǎn)品質(zhì)量合格，滾道表面顯徽硬度為740HV。說明使用中表面溫度正常，沒有發(fā)生高溫引起表面材料軟化的現(xiàn)象。
　　用JSM-35C型SEM對失效軸承滾道觀察表明，磨損部位布滿了腐蝕坑，如圖la、b所示，剝落較平直一邊的形貌見圖1c，為較深的蝕坑，而具有不平直邊界一側(cè)的形貌為較淺的蝕坑(如圖1d)。并有層狀剝落特征。

(a)空心圓柱滾動(dòng)體表面蝕坑

 (b)外環(huán)滾道表面蝕坑

(c)滾動(dòng)體剝落平直一側(cè)

(d)滾動(dòng)體剝落不規(guī)則一側(cè)
　　圖1 磨損表面的SEM形貌

　　2.XPS分析
　　采用XSAM800型多功能表面分析儀對腐蝕表面進(jìn)行了元素及價(jià)態(tài)的分析。試臉結(jié)果表明：腐蝕表面硫的含量非常少，氯主要是以FeCl2的形式存在，氧的存在形式較復(fù)雜，除以FexOy形式存在以外，還有部分以某種酸根或某種有機(jī)物的形式存在。碳的分析也證明了確有有機(jī)物的存在。
　　3.結(jié)果分析
　　使用中軸承箱雖然存在部分積水，但軸承直接與水接觸的其它部分并未發(fā)生銹蝕，因而腐蝕不是由水所造成。根據(jù)上述試臉結(jié)果和空心圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析可知。
　　軸承為應(yīng)力腐蝕磨損失效。剝落表面分析指出，腐蝕產(chǎn)物為FeCl2。由于氯離子半徑小，吸附力強(qiáng)，易于在金屬表面富集；而當(dāng)設(shè)備在較長時(shí)間閑置不用時(shí)，因滾動(dòng)體與內(nèi)外環(huán)的接觸點(diǎn)始終存有預(yù)應(yīng)力，使其具備了應(yīng)力腐蝕(SCC)的條件.在Cl-和應(yīng)力的聯(lián)合作用下，光滑零件表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕。這就是內(nèi)外環(huán)滾道表面剝落呈現(xiàn)數(shù)組等間隔分布的原因，等間隔剝落的組數(shù)即為長時(shí)間停車產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的次數(shù)。每當(dāng)設(shè)備再次工作時(shí)，在接觸應(yīng)力的作用下已經(jīng)疏松的組織很容易剝落。其后，這些相對粗糙的表面將更有利于氯離子的吸附，該部分的腐蝕磨損即呈加速狀態(tài)。在腐蝕和接觸應(yīng)力的交互作用下，磨損表現(xiàn)出層狀剝落特征。另外，剝落主要向一邊擴(kuò)一展的原因可能是油滲入腐蝕裂紋中，在接觸應(yīng)力作用下沿滾動(dòng)方向的裂紋被封閉，油契效應(yīng)使裂紋得以向另一側(cè)擴(kuò)展的結(jié)果。
　　上述分析表明，對空心圓柱滾子軸承來說由于預(yù)應(yīng)力的存在，在選擇潤滑及使用工況時(shí)應(yīng)避免腐蝕介質(zhì)的存在，否則將造成應(yīng)力腐蝕失效。
　　FexOy的存在是表面在空氣中自然氧化的結(jié)果。有機(jī)物則為添加劑中的其它組分。
　　4.結(jié)論
　　空心圓柱滾子軸承為應(yīng)力腐蝕磨損失效。造成腐蝕的原因是潤滑添加劑中Cl-和滾動(dòng)體與內(nèi)外環(huán)間預(yù)應(yīng)力聯(lián)合作用的結(jié)果。其磨損具有層狀剝落特征。（作者：羅虹，劉家淡；來源：清華大學(xué)）