深溝球軸承電蝕失效分析

儀欣，王有強

（1.瓦房店軸承集團國家軸承工程技術(shù)研究中心有限公司，遼寧瓦房店 116300；2.瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧瓦房店 116300）

隨著科技不斷發(fā)展，軸承應用的環(huán)境越來越復雜，軸承電蝕這種失效形式也經(jīng)常出現(xiàn)。某軸承公司生產(chǎn)的深溝球軸承的規(guī)格為6212/C3，使用時異響，下機后測試軸承噪音大，送檢軸承如圖1所示。

圖1 軸承拆套后形貌

1 軸承宏觀檢測

觀察軸承外圈滾道發(fā)現(xiàn)，略大于1/2圓周長度出現(xiàn)軸向平行狀凹槽，如圖2所示，圖3中失效區(qū)域的滾道圓弧即為產(chǎn)生平行狀凹槽的部分，非失效區(qū)域滾道運轉(zhuǎn)痕跡正常。

圖2 外圈滾道軸向平行狀凹槽

圖3 外圈失效區(qū)域圓弧略大于1/2 圓周長度

內(nèi)圈整個滾道均存在類似于外圈滾道上的平行狀凹槽，如圖4所示，且整個接觸痕跡略微偏向圖4中左側(cè)。

圖4 內(nèi)圈滾道軸向平行狀凹槽

送檢鋼球中，有一粒表面磨損較其他鋼球色澤暗淡，如圖5所示。

圖5 未磨損與磨損鋼球形貌

待檢試樣如圖6所示，其中a、b為外圈試樣，c、d為內(nèi)圈試樣，e為未磨損鋼球，f為磨損鋼球。對b和d試樣滾道上的平行狀凹槽處進行組織檢驗。

圖6 待檢試樣形貌

2 軸承微觀檢測

2.1 化學成分檢測

采用ARL4460直讀光譜分析儀按GB/T4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》對送檢的外圈、內(nèi)圈和鋼球試樣進行檢測。根據(jù)圖紙，送檢的外圈、內(nèi)圈和鋼球試樣材料牌號均為標準GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》中的GCr15，檢驗結(jié)果見表1。根據(jù)檢測結(jié)果，送檢試樣的化學成分均符合標準要求。

表1 化學成分檢測結(jié)果%

2.2 性能檢測

采用HR-150A洛氏硬度計（檢測范圍：20～67HRC），按GB/T230.1—2018《金屬材料洛氏硬度試驗方法》對外圈、內(nèi)圈和鋼球進行檢測，檢測結(jié)果見表2。根據(jù)圖紙，外圈和內(nèi)圈硬度均符合JB/T1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》標準要求；鋼球硬度符合GB/T308.1—2013《滾動軸承球第一部分：鋼球》標準要求。

表2 硬度檢測結(jié)果HRC

2.3 非金屬夾雜物檢測

采用LEICA DMRXE金相顯微鏡按GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定-標準評級圖顯微檢驗法》對送檢試樣進行檢測，檢測結(jié)果見表3。根據(jù)檢測結(jié)果，非金屬夾雜物符合GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標準要求。

表3 非金屬夾雜物檢測結(jié)果級

2.4 金相組織檢測

采用LEICA DMRXE金相顯微鏡按JB/T1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》對外圈和內(nèi)圈試樣進行檢測；按GB/T308.1—2013《滾動軸承球第一部分：鋼球》對鋼球試樣進行檢測，檢測結(jié)果見表4。外圈和內(nèi)圈組織均符合JB/T1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》標準要求；鋼球組織均符合GB/T308.1—2013《滾動軸承球第一部分：鋼球》標準要求，照片見圖7-12。

表4 顯微組織檢測結(jié)果

圖7 外圈馬氏體組織×500

圖8 外圈網(wǎng)狀碳化物×500

圖9 內(nèi)圈馬氏體組織×500

圖10 內(nèi)圈網(wǎng)狀碳化物×500

圖11 鋼球馬氏體組織×500

圖12 鋼球網(wǎng)狀碳化物×500

采用LEICA DMRXE金相顯微鏡按JB/T1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》對圖6中b，d，e和f試樣進行檢測。內(nèi)外圈平行狀凹槽處和磨損的鋼球表面均有二次淬火層，如圖13-15所示，未磨損鋼球表面未發(fā)現(xiàn)二次淬火層。

圖13 外圈（b）凹槽二次淬火層×500

圖14 內(nèi)圈（d）凹槽二次淬火層×500

圖15 鋼球（f）表層二次淬火層×500

3 分析與討論

當軸電壓增加到一定數(shù)值時，而軸承內(nèi)的潤滑油膜尚未穩(wěn)定形成，軸電壓會擊穿油膜而放電，構(gòu)成回路[1]，產(chǎn)生火花，局部產(chǎn)生高溫，并在滾道和鋼球上都留下蝕點。隨著軸承的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，軸電流在軸承表面形成的蝕點不斷增多，破壞了軸承內(nèi)外圈、鋼球的光潔度，并逐漸累積形成了內(nèi)外圈滾道面的搓衣板紋，使軸承出現(xiàn)噪音和振動[2]。

結(jié)合軸承內(nèi)外圈滾道平行狀凹槽形貌及顯微組織檢驗，以及磨損鋼球表層組織檢驗可以得出結(jié)論：內(nèi)外圈滾道表面軸向平行狀凹槽和鋼球磨損均為軸電流持續(xù)通過造成的電蝕。

4 結(jié)語

軸承失效的原因是軸電流持續(xù)通過造成的電蝕。可對該軸承進行絕緣設計[3]，能夠有效阻斷電流，解決其電蝕失效問題。