滾動軸承常見的失效形式及原因分析滾動軸承在使用過程中由于很多原因造成其性能指標達不到使用要求時就產生了失效或損壞.常見的失效形式有疲勞剝落、磨損、塑性變形、腐蝕、燒傷、電腐蝕、保持架損壞等。一，疲勞剝落疲勞有許多類型，對于滾動軸承來說主要是指接觸疲勞。滾動軸承套圈各滾動體表面在接觸應力的反復作用下，其滾動表面金屬從金屬基體呈點狀或片狀剝落下來的現象稱為疲勞剝落。點蝕也是由于材料疲勞引起一種疲勞現象，但形狀尺寸很小，點蝕擴展后將形成疲勞剝落。疲勞剝落的形態特征一般具有一定的深度和面積，使滾動表面呈凹凸不平的鱗狀，有尖銳的溝角．通常呈顯疲勞擴展特征的海灘裝紋路．產生部位主要出現在套圈和滾動體的滾動表面．軸承疲勞失效的機理很復雜，也出現了多種分析理論，如最大靜態剪應力理論、最大動態剪應力理論、切向力理論、表面微小裂紋理論、油膜剝落理論、溝道表面彎曲理論、熱應力理論等。這些理論中沒有一個理論能夠全面解釋疲勞的各種現象，只能對其中的部分現象作出解釋。目前對疲勞失效機理比較統一的觀點有：次表面起源型次表面起源型認為軸承在滾動接觸部位形成油膜的條件下運轉時，滾動表面是以內部（次表面）為起源產生的疲勞剝落。表面起源型表面起源型認為軸承在滾動接觸部位未形成油膜或在邊界潤滑狀態下運轉時，滾動表面是以表面為起源產生的疲勞剝落。工程模型工程模型認為在一般工作條件下，軸承的疲勞是次表面起源型和表面起源型共同作用的結果。疲勞產生的原因錯綜復雜，影響因素也很多，有與軸承制造有關的因素，如產品設計、材料選用、制造工藝和制造質量等；也有與軸承使用有關的因素，如軸承選型、安裝、配合、潤滑、密封、維護等。具體因素如下：制造因素1、產品結構設計的影響：產品的結構設計是根據使用性能目標值來確定的，這些目標值如載荷容量、壽命、精度、可靠性、振動、磨損、摩擦力矩等。在設計時，由于各種原因，會造成產品設計與使用的不適用或脫節，甚至偏離了目標值，這種情況很容易造成產品的早期失效。2、材料品質的影響：軸承工作時，零件滾動表面承受周期性交變載荷或沖擊載荷。由于零件之間的接觸面積很小，因此，會產生極高的接觸應力。在接觸應力反復作用下，零件工作表面將產生接觸疲勞而導致金屬剝落。就材料本身的品質來講，其表面缺陷有裂紋、表面夾渣、折疊、結疤、氧化皮和毛刺等，內部缺陷有嚴重偏析和疏松、顯微孔隙、縮孔、氣泡、白點、過燒等，這些缺陷都是造成軸承早期疲勞剝落的主要原因。在材料品質中，另一個主要影響軸承疲勞性能的因素是材料的純潔度，其具體表現為鋼中含氧量的多少及夾雜物的數量多少、大小和分布上。3、熱處理質量的影響：軸承熱處理包括正火、退火、滲碳、淬火、回火、附加回火等。其質量直接關系到后續的加工質量及產品的使用性能。4、加工質量的影響：首先是鋼材金屬流線的影響。鋼材在軋制或鍛造過程中，其晶粒沿主變形方向被拉長，形成了所謂的鋼材流線（纖維）組織。試驗表明，該流線方向平行于套圈工作表面的與垂直的相比，其疲勞壽命可相差2.5倍。其次是磨削變質層。磨削變質層對軸承的疲勞壽命與磨損壽命有很大的影響。變質層的產生使材料表面層的組織結構和應力分布發生變化，導致表面層的硬度下降、燒傷，甚至微裂紋，從而對軸承疲勞壽命產生影響。受冷熱加工條件及質量控制的影響，產品在加工過程中會出現質量不穩定或加工誤差，如熱加工的材料淬、回火組織達不到工藝要求、硬度不均勻和降低，冷加工的幾何精度超差、工作表面的燒傷、機械傷、銹蝕、清潔底低等，會造成軸承零件接觸不良、應力集中或承載能力下降，從而對軸承疲勞壽命產生不同程度的影響。B、使用因素使用因素主要包括軸承選型、安裝、配合、潤滑、密封、維護等。不正確的安裝方法很容易造成成軸承損壞或零件局部受力產生應力集中，引起疲勞。過大的配合過盈量容易造成內圈滾道面張力增加及零件抗疲勞能力下降，甚至出現斷裂。潤滑不良會引起不正常的摩擦磨損，并產生大量的熱量，影響材料組織和潤滑劑性能。如果潤滑不當，即便選用再好的材料制造，加工精度再高，也起不到提高軸承壽命的效果。密封不良容易使雜質進入軸承內部，既影響零件之間的正常接觸形成疲勞源，又影響潤滑或污染潤滑劑。根據疲勞產生的機理和主要影響因素，可以有針對性地提出預防措施。如對表面起源損傷引起的疲勞，可以通過對零件表面進行表面強化處理，對次表面起源型疲勞可以通過改善材料品質等措施。而提高零件加工質量尤其是零件表面質量、提高使用質量、控制雜質流入軸承內部、保證潤滑質量等措施對預防和延緩疲勞都有十分重要的意義。二、表面塑性變形表面塑性變形主要是指零件表面由于壓力作用形成的機械損傷。在接觸表面上，當滑動速度比滾動速度小得多的時候會產生表面塑性變形。表面塑性變形分為一般表面塑性變形和局部表面塑性變形兩類。A、一般表面塑性變形：是由于粗糙表面互相滾動和滑動，同時，使粗糙表面不斷產生塑性碰撞所造成，其結果形成了冷軋表面，從外觀上看，這種冷軋表面已被輾光，但是，如果輾光現象比較嚴重，在冷軋表面上容易形成大量淺裂紋，淺裂紋進一步發展可能（在粗糙表面區域區)導致顯微剝落,但這種剝落很淺,只有幾個微米,它能夠覆蓋很寬的接觸表面。根據彈性流體動壓潤滑理論,一般表面塑性變形產生的原因是由于兩個粗糙表面直接接觸,其間沒有形成承載的彈性流體動壓潤滑膜.因此,當油膜潤滑參數小于一定值時,將產生的一般表面塑性變形.一般油膜潤滑參數值越小表面塑性變形越嚴重.B、局部表面塑性變形：局部表面塑性變形是發生在摩擦表面的原有缺陷附近。最常見的原有缺陷，如壓坑（痕）、磕碰傷、擦傷、劃傷等。1、壓坑（痕）：壓坑（痕）是由于在壓力作用下硬質固體物侵入零件表面產生的凹坑（痕）現象。壓坑（痕）的形態特征是：形狀和大小不一，有一定深度，壓坑（痕）邊緣有輕微凸起，邊緣較光滑。硬質固體特的來源是軸承零件在運轉中產生的金屬顆粒、密封不良造成軸承外部雜質侵入。壓坑（痕）產生的部位主要在零件的工作表面上。預防壓坑（痕）的措施主要有：提高零件的加工精度和軸承的清潔度、改善潤滑、提高密封質量等。2、磕碰傷：磕碰傷是由于兩個硬質特體相互撞擊形成的凹坑現象。磕碰傷的形態特征視兩物體形狀和相互撞擊力的不同其形狀和大小不一，但有一定深度，在其邊緣處常有突起。磕碰傷主要是操作不當引起的。產生部位可以在零件的所有表面上。預防磕碰傷的措施主要有：提高操作者的責任心、規范操作、改進產品容器的結構和增加零件的保護措施等。3、擦傷：擦傷是兩個相互接觸的運動零件，在較大壓力作用下因滑動摩擦產生的金屬遷移現象。嚴重時可能伴隨燒傷的出現。擦傷的形狀不確定，有一定長底和寬度，深度一般較淺，并沿滑動（或運動）方向由深而淺。擦傷可以在產品制造過程中產生也可以在使用過程中產生。軸承制造成過程中的擦傷預防措施與磕碰傷的預防措施相同。使用中的擦傷預防措施主要是從防止“打滑”方面考慮，改進產品內部結構、提高過盈配合量、調整游隙、改善潤滑、保證良好接觸狀態等。4、劃（拉）傷劃（拉）傷是指硬質和尖銳物體在壓力作用下侵入零件表面并產生相對移動后形成的痕跡。劃傷一般呈線型狀，有一定深度，寬度比擦傷窄，劃傷的傷痕方向是任意的，長度不定。產生部位主要在零件的工作表面和配合表面上。而拉傷只發生在軸承內徑（過盈）配合面上，傷痕方向一般與軸線平行，有一定長度、寬度和深度，并成組出現。劃傷可以在軸承制造過程中產生也可在使用中產生。而拉傷只發生在軸承安裝拆卸過程中。預防軸承制造過程中的劃傷與預防磕碰傷的措施相同。預防使用中劃傷與預防壓坑（痕）的措施基本相同。預防拉傷的措施是嚴格安裝拆卸規程、保證配合面的清潔、安裝時在配合面上適當潤滑等。綜上所述，預防表面塑性變形的措施是要正確選用軸承、增強材料的耐磨性，保證潤滑的有效性、注意安裝方法、提高軸承密封裝臵的密封性等。三、磨損：在力的作用下，兩個相互接觸的金屬表面相對運動產生摩擦，形成摩擦副。磨擦引起金變為較穩定的馬氏體組織，由于馬氏體組織的體積大于奧氏體組織，因此，在轉變過程中零件的體積將發生漲大。而馬氏體組織自身也會產生分解，馬氏體分解的結果會出現尺寸收縮的現象。軸承工作溫度高對奧氏體的轉變和馬氏體的分解有促進作用。還有一種情況，零件在內應力釋放過程中也會引起尺寸的改變。從預防或控制零件尺寸穩定性的角度考慮，可以在軸承零件熱處理時對不穩定的殘余奧氏體組織進行穩定化處理。另外，在使用中應保證軸承的使用溫度低于軸承允許的工作溫度，以防止尺寸出現較大的變化。十一、使用不當引起的損壞：軸承使用不當引起的損壞在軸承失效中占有很大的比例。軸承使用不當涉及軸承選型、軸承配臵、軸承支承結構、配合、安裝、潤滑、密封、維護保養等諸多方面。軸承失效與使用不當密不可分。十二、其他損傷：A、變色變色是由于軸承在運轉過程中因發熱引起的表面顏色變化。另外，在溫度作用下潤滑劑中的部分化學物質、磨損的金屬粉末等雜質會黏附在零件表面上也會引起軸承零件顏色變化，這種變色又稱污斑。表面顏色一般呈淡黃色、黃色、茶色、棕紅色、紫藍色及藍黑色等，發熱引起的變色一般沒有深度。對于使用中的軸承若出現深度變色如紫藍色或藍黑色的則有可能形成了燒傷。零件腐蝕也會引起變色，但這類變色有一定深度。軸承零件在運轉過程中，因摩擦會產生大量的熱，若潤滑不充分或散熱條件差，熱量得不到及時的冷卻或擴散，熱量的聚積使軸承溫度很快升高，溫度升高會使附著在軸承零件表面的油膜產生氧化現象，形成一種淺褐色的氧化制，沉積附著在軸承的表面上。但這種變色并不影響軸承的使用，所以允許存生。當軸承因安裝不當（如安裝傾斜）或潤滑不良等原因使軸承處于一種極不正常的工作狀態，引起溫度的急速上升，此時軸承的局部溫度有可能超過軸承零件的回火溫度，甚至更高，并產生嚴重的變色如藍黑色或紫藍色，形成燒傷現象，這種情況的變色軸承就不能再繼續使用了。變色的主要原因是軸承的工作游隙過小、局部應力集中、預載荷過大、潤滑不良、潤滑劑變質、散熱條件差、潤滑劑使用過量等。變色的預防可以通過選擇合適潤滑劑和潤滑方式、保證油路暢通和及時供應、提高潤滑效果、正確安裝軸承、提高軸承