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久研軸承科技（安徽）有限公司
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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(rùn)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(duì)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(rùn)滑。為改善其潤(rùn)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(rùn)滑和在油中添加某國(guó)進(jìn)口的潤(rùn)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)空心圓柱滾子軸承來說由于預(yù)應(yīng)力的存在，在選擇潤(rùn)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(rùn)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)）
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