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                耐高溫軸承損壞或失效的表現形式主要有四種情況

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                編輯時間 : 2020-08-03

                    在耐高溫軸承使用過程中,由於本身質量和外部條件的原因,其承載能力,旋轉精度和減摩能性能等會發生變化,當耐高溫軸承的性能指標低於使用要求而不能正常工作時,就稱為耐高溫軸承損壞或失效。

                    一旦發生耐高溫軸承損壞或失效等意外情況時,將會出現其機器、設備停轉,功能受到損傷。因此需要在短期內查處發生的原因,並采取相應措施。

                    耐高溫軸承損壞或失效的表現形式

                    導致耐高溫軸承損壞或失效的表現形式很多,原因復雜,耐高溫軸承的損壞除了軸承設計和制造的內在因素外,大部分是由於使用不當,例如:選型不適合、支承設計不合理,安裝不當,潤滑不良,密封不好等外部因素引起的。

                    耐高溫軸承損壞或失效的四種情況

                    研究耐高溫軸承損壞或失效的形成和原因具有重要的意義,一方面可以改進使用方法,正確地使用耐高溫軸承,充分發揮耐高溫軸承應有的效能,另一方面有助於開發性能更好的新產品。本文中除了敘述滾動軸承使用中註意事項、安裝方法、運轉監察等外,還著重介紹耐高溫軸承損壞的形式和原因及應采取的對策。

                    1.軸承的磨削熱

                    在不銹鋼軸承的磨削加工中,砂輪和工件接觸區內,消耗大量的能,產生大量的磨削熱,造成磨削區的局部瞬時高溫。運用線狀運動熱源傳熱理論公式推導、計算或應用紅外線法和熱電偶法實測實驗條件下的瞬時溫度,可發現在0.1~0.001ms內磨削區的瞬時溫度可高達1000~1500℃。這樣的瞬時高溫,足以使工作表面一定深度的表面層產生高溫氧化,非晶態組織、高溫回火、二次淬火,甚至燒傷開裂等多種變化。

                    (1)表面氧化層

                    瞬時高溫作用下的鋼表面與空氣中的氧作用,升成極薄(20~30nm)的鐵█氧化物薄層。值得註意的是氧化層厚度與表面磨削變質層總厚度測試結果是呈對應關系的。這說明其氧化層厚度與磨削工藝直接相關,是磨削質量的重要標誌。

                    (2)非晶態組織層

                    磨削區的瞬時高溫使工件表面達到熔融狀態時,熔融的金屬分子流又被均勻地塗敷於工作表面,並被基體金屬以極快的速度冷卻,形成了極薄的一層非晶態組織層。它具有高的硬度和韌性,但它只有10nm左右,很容易在精密磨削加工中被去除。

                    (3)高溫回火層

                    磨削區的瞬時高溫可以使表面一定深度(10~100nm)內被加熱到高於工件回火加熱的溫度。在沒有達到奧氏█體化溫度的情況下,隨著被加熱溫度的提高,其表面逐層將產生與加熱溫度相對應的再回火或高溫回火的組織轉變,硬度也隨之下降。加熱溫度愈高,硬度下降也愈厲害。

                    (4)二層淬火層

                    當磨削區的瞬時高溫將工件表面層加熱到奧氏體化溫度(Ac1)以上時,則該層奧氏體化的組織在隨後的冷卻過程中,又被重新淬火成馬氏體組織。凡是有二次淬火燒傷的工件,其二次淬火層之下必定是硬度極低的高溫回火層。

                    (5)磨削裂紋

                    二次淬火燒傷將使工件表面層應力變化。二次淬火區處於受壓狀態,其下面的高溫回火區材料存在著大的拉應力,這裏是有可能發生裂紋核心的地方。裂紋容易沿原始的奧氏體晶界傳播。嚴重的燒傷會導致整個磨削表面出現裂紋(多呈龜裂)造成工件報廢。

                    2.耐高溫軸承因磨削力形成的變質層

                    在磨削過程中,工件表面層將受到砂輪的切削力、壓縮力和摩擦力的作用。尤其是後兩者的作用,使工件表面層形成方向性很強的塑性變形層和加工硬化層。這些變質層必然影響表面層殘余應力的變化。

                    (1)冷塑性變形層

                    在磨削過程中,每一刻磨粒就相當於一個切削刃。不過在很多情況下,切削刃的前角為負值,磨粒除切削作用之外,就是使工件表面承受擠壓作用(耕犁作用),使工件表面留下明顯的塑性變形層。這種變形層的變形程度將隨著砂輪磨鈍的程度和磨削進給量的增大而增大。

                    (2)熱塑性變形(或高溫性變形)層

                    磨削熱在工作表面形成的瞬時溫度,使一定深度的工件表面層彈性極限急劇下降,甚至達到彈性消失的程度。此時工作表面層在磨削力,特別是壓縮力和摩擦力的作用下,引起的自由伸展,受到基體金屬的限制,表面被壓縮(更犁),在表面層造成了塑性變形。高溫塑性變形在磨削工藝不變的情況下,隨工件表面溫度的升高而增大。

                    (3)加工硬化層

                    有時用顯微硬度法和金相法可以發現,由於加工變形引起的表面層硬度升高。

                    除磨削加工之外,鑄造和熱處理加熱所造成的表面脫碳層,再以後的加工中若沒有被完全去處,殘留於工件表面也將造成表面軟化變質,促成軸承的早期失效。

                    3.斷裂失效

                    不銹鋼軸承斷裂失效主要原因是缺陷與過載兩大因素。當外加載荷超過材料強度極限而造成零件斷裂稱為過載斷裂。過載原因主要是主機突發故障或安裝不當。軸承零件的微裂紋、縮孔、氣泡、大塊外來雜物、過熱組織及局部燒傷等缺陷在沖擊過載或劇烈振動時也會在缺陷處引起斷裂,稱為缺陷斷裂。應當指出,軸承在制造過程中,對原材料的入廠復驗、鍛造和熱處理質量控制、加工過程控制中可通過儀器正確分析上述缺陷是否存在,今後仍必須加強控制。但一般來說,通常出現的軸承斷裂失效大多數為過載失效。

                    4.遊隙變化失效

                    不銹鋼軸承在工作中,由於外界或內在因素的影響,使原有配合間隙改變,精度降低,乃至造成“咬死”稱為遊隙變化失效。外界因素如過盈量過大,安裝不到位,溫升引起的膨脹量、瞬時過載等,內在因素如殘余奧氏體和殘余應力處於不穩定狀態等均是造成遊隙變化失效的主要原因。


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