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）

隨著科技不斷發展，軸承應用的環境越來越復雜，軸承電蝕這種失效形式也經常出現。某軸承公司生產的深溝球軸承的規格為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現，略大于1/2圓周長度出現軸向平行狀凹槽，如圖2所示，圖3中失效區域的滾道圓弧即為產生平行狀凹槽的部分，非失效區域滾道運轉痕跡正常。

圖2 外圈滾道軸向平行狀凹槽

圖3 外圈失效區域圓弧略大于1/2 圓周長度

內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。

圖4 內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射光譜法（常規法）》對送檢的外圈、內圈和鋼球試樣進行檢測。根據圖紙，送檢的外圈、內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，檢驗結果見表1。根據檢測結果，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、內圈和鋼球進行檢測，檢測結果見表2。根據圖紙，外圈和內圈硬度均符合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，檢測結果見表3。根據檢測結果，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條件》對外圈和內圈試樣進行檢測；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，檢測結果見表4。外圈和內圈組織均符合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 顯微組織檢測結果

圖7 外圈馬氏體組織×500

圖8 外圈網狀碳化物×500

圖9 內圈馬氏體組織×500

圖10 內圈網狀碳化物×500

圖11 鋼球馬氏體組織×500

圖12 鋼球網狀碳化物×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條件》對圖6中b，d，e和f試樣進行檢測。內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現二次淬火層。

圖13 外圈（b）凹槽二次淬火層×500

圖14 內圈（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值時，而軸承內的潤滑油膜尚未穩定形成，軸電壓會擊穿油膜而放電，構成回路[1]，產生火花，局部產生高溫，并在滾道和鋼球上都留下蝕點。隨著軸承的繼續運轉，軸電流在軸承表面形成的蝕點不斷增多，破壞了軸承內外圈、鋼球的光潔度，并逐漸累積形成了內外圈滾道面的搓衣板紋，使軸承出現噪音和振動[2]。

結合軸承內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論：內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通過造成的電蝕。

4 結語

軸承失效的原因是軸電流持續通過造成的電蝕。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。