軸承失效模式分類與分（fèn）析（xī）方（fāng）法
2013-03-06
1 軸承失效（xiào）的基本模式
軸承失效一般可分為止轉失（shī）效和喪精失效兩種（zhǒng）。
止轉失效就是軸承因失去（qù）工作能力而終止轉動。例如卡死、斷裂等。
喪精失效就是軸承因幾何尺寸變化了配合間隙，失去了原設計要求的設計精度，雖尚能繼續（xù）轉動，但屬非正常運轉（zhuǎn）。例如磨損、腐蝕等。
按損傷機理大（dà）致可分為：接觸疲勞失效；磨擦磨損失效；斷裂失效；變形（xíng）失效；腐蝕（shí）失效、和遊隙變化失效等幾（jǐ）種基本模式（shì）。
1.1接觸疲勞失效
接觸疲勞失效是各類軸承表麵（miàn）Z常見的（de）失效模式之一，是軸（zhóu）承表麵受到交變應力的作（zuò）用而產生的（de）失效。接觸疲（pí）勞剝落在軸承表麵也有疲勞裂紋的萌生、擴展和斷裂的過程。初始（shǐ）的接觸疲（pí）勞裂（liè）紋首先從接觸表麵以（yǐ）下Z大正交切應力處產生，然後擴展到表麵形（xíng）成剝落，如麻點（diǎn）狀的稱為點蝕或麻點剝落；剝落成小片狀的稱淺層（céng）剝落。初始裂紋在硬化層與心部交界區產生，造成硬化層的早期剝落則（zé）稱為硬化層剝落。
1.2 磨損失效
軸承（chéng）零（líng）件之間相對滑動（dòng）摩擦導致（zhì）其表麵金屬（shǔ）不斷損失的現象稱為磨損。持續的磨損使零件（jiàn）尺寸和形狀變化，軸承配合間隙增大，工作表麵形貌（mào）變壞從而喪失（shī）旋轉精度，使（shǐ）軸承不能正常工作，稱（chēng）為軸（zhóu）承的磨損失效。磨損（sǔn）失效也是各類軸承表麵Z常見的模（mó）式之一，按其磨（mó）損形式可分為磨粒（lì）磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、微動磨損和疲勞磨損等。其中Z常見（jiàn）的為磨（mó）粒磨損和粘（zhān）著磨損。軸承零件的摩擦麵之間擠（jǐ）入外來硬顆粒或金屬表麵的磨屑，引起摩擦（cā）麵磨損的現象（xiàng）稱為磨粒磨損。它常在軸承表麵造成鑿削式或犁溝式的擦傷。外來硬顆粒常常來（lái）自於空氣中的灰塵或潤滑劑中的（de）雜質。粘著磨損主要是由於摩擦表麵的（de）顯微突起或摩擦（cā）異物使摩擦麵受力不均，局部摩擦熱有可能使摩擦麵形成顯微焊（hàn）合。摩擦表麵溫升高，會造成潤滑油膜破裂，嚴重時表麵層金屬將會局部熔化，接觸點產生粘著、撕脫、再粘著的循環過程，構成粘著磨損。嚴重的粘著磨損會造成摩擦麵的焊（hàn）合和（hé）卡死。
1.3 斷裂失效（xiào）
軸承零件斷裂將會造成突發性失效事（shì）故。軸承（chéng）斷裂的主要原因是過載和缺陷兩大因素。由於外加載荷超（chāo）過軸承零件材料的強（qiáng）度極限，造（zào）成軸承零件斷裂就稱過載斷裂。過載的原因可能（néng）是主機故（gù）障，也可能是軸承（chéng）的結構（gòu）或安（ān）裝不合理。另外，軸承零件（jiàn）存在著微裂紋、縮（suō）孔（kǒng）、氣泡和大（dà）塊外來夾雜物等（děng）缺陷，在正常（cháng）載荷（hé）條件（jiàn）下，也會在缺（quē）陷（xiàn）處引起斷裂，稱為缺陷斷（duàn）裂。軸承套圈和滾動（dòng）體經鍛造、衝壓、熱（rè）軋、熱處理和磨加（jiā）工過程中產生的過熱、過燒、局部
燒傷和表麵裂紋就（jiù）可能會引（yǐn）起軸承的斷裂失效。特別是磨削（xuē）燒傷，檢查時不（bú）易發現，有磨削燒（shāo）傷的套圈一受衝擊或振動就可能斷裂。
1.4 塑性（xìng）變（biàn）性失效
在外力和環境溫度的作用下，軸承零件表麵局部（bù）塑性流動或整體的變形，致使（shǐ）整套軸承（chéng）不能正常工作而造（zào）成的（de）失效稱為（wéi）變形失效。例如保持架（jià）翹曲、歪扭、兜孔拉長或框形保持架（jià）變形、靠套等都會造成軸承的（de）早（zǎo）期（qī）失效。另（lìng）外軸承摩擦造（zào）成的表麵塑性劃痕（hén）也會引起振動和噪聲增大、溫度升高，從而（ér）加快軸承的早期失效（xiào）。
1.5 腐（fǔ）蝕失效
軸承（chéng）零件金屬（shǔ）表麵同環境介質發生化學或電化學反應，造成的表麵損傷和軸承的失效稱為腐蝕（shí）失效。能對軸承零件表麵起（qǐ）化學作用的環境介質有大氣、濕氣、燃料（liào）和潤滑油的（de）氧化產物（酸類、酮類（lèi）、乙醇等）以及氧化產物的（de）蒸氣等等。通常軸承表麵腐蝕可（kě）以分為電介質腐蝕、有機酸腐蝕、其它介質腐蝕（如潤滑（huá）油中含有硫（liú）化物）和電（diàn）流（liú）腐蝕等。腐蝕在軸承零件金屬（shǔ）表麵造成（chéng）氧化（huà）膜或腐蝕孔洞，使表麵呈現局部或全部（bù）變色。硬脆鬆散（sàn）的氧（yǎng）化膜（mó）和腐蝕反應物在（zài）載荷的作用（yòng）下剝落，軸（zhóu）承表（biǎo）麵生成蝕坑或（huò）造成工作表麵粗化、進而形成腐蝕磨損或腐蝕疲勞失效。由於靜電荷或其他放電現（xiàn）象，致使軸（zhóu）承零件表麵出（chū）現電（diàn）擊的傷痕，稱為電流腐蝕，也是腐蝕失效的一種。
1.6 遊隙變化失效（xiào）
軸承在工作過程中，受外界或內在因素變化的影響，改變（biàn）了原有的配合（hé）間隙，使精度（dù）降低，甚至造成咬死的現象，稱（chēng）為遊隙變化失效（xiào）。軸承零件的組織（zhī）（例如殘餘奧氏體）和應力如果均處於（yú）不穩（wěn）定狀態，隨著時間的延長其尺寸會發生變化，使軸承喪失運轉精度（dù）。由於軸（zhóu）承零件的尺寸與形（xíng）狀不同（tóng），膨脹係數或膨脹量不同，在超常溫下工作就會造成（chéng）軸（zhóu）承工（gōng）作（zuò）遊隙變化，軸承也會因失（shī）去運轉精度造成早期失效。
2 影響軸承失效的因素
2.1 外來因素
外來因素主要是指安裝調整、使用保養、維護修理等是否符合技術要求。因（yīn）而也稱之為使用（yòng）因素。安裝條件是使用（yòng）因素中的首要因素之一，軸承往往因安（ān）裝的不合適（shì）而導致整套軸承各零件之間的受（shòu）力狀態發生變化（huà），軸承將（jiāng）在不正（zhèng）常的狀態下運轉並提早失效。根據軸承安裝、使用、維護、保養的技術要求，對運轉中的軸承所承受的載荷、轉速、工作溫度、振動噪音和潤滑條件進行監控（kòng）和檢查。發現異常立即查找原因，進行調整，使其恢複正常。對潤滑劑質量和周（zhōu）圍介質、氣氛進行（háng）分析檢驗也很重要。尤其是（shì）潤滑劑的正確使用對延長軸承的使用壽命是至關重要的。
2.2 內在因素
內在因素主要是指設（shè）計、製造（zào）工藝（yì）和材料質量等決定軸（zhóu）承質量的三大因素。也可稱之為製造質（zhì）量因（yīn）素。為了提高軸承的（de）壽命和可靠性，人們圍繞著上述的（de）三因素，做了（le）大量的（de）研究工作（zuò）。首（shǒu）先，結構設計不合理當然不可能有（yǒu）合理的軸承壽命;僅有結構設計的合理性（xìng）而不考慮先（xiān）進性也不會有較長軸承壽命；隻（zhī）有結構（gòu）設計同時具有合理性和先進性，才會有較長的軸承壽（shòu）命（mìng）。軸承的製造要（yào）經過鋼材冶煉、鍛造、衝壓、熱處理、車削、磨削和裝配等多種加工工序。各種加（jiā）工工（gōng）藝的合理性、先進性和穩定性也都會影響到軸承的壽命和失效分（fèn）析。尤其是直接影（yǐng）響成品軸承質量的熱處理和磨加工工藝，往（wǎng）往與軸（zhóu）承的失效有（yǒu）著更直接的關係。軸承材料的冶金質量曾經是滾動軸承早期失效的（de）主要影響因（yīn）素。 隨著冶金技術(例如軸承鋼的真空脫氣（qì）等)的（de）提高，原（yuán）材料（liào）質量得（dé）到較大的（de）改善，在軸承失效分析中所占的比重已經明顯下降，但至今它仍然是軸承失效的主要（yào）影響因素之一。另（lìng）外，選材是否得當（dāng）仍（réng）然是軸承（chéng）失效（xiào）分析必須考（kǎo）慮的因素。軸承失效分析的主要（yào）任務，就是根據大量的背景材料、分析數據（jù）和（hé）失（shī）效的形式，綜合分析，找出造成軸承失效的主要影響因素，以便有針對性地提（tí）出改進措施，提高軸承的服役期（qī）。避免軸承發生突（tū）發J性的早期失效。
3 軸承失效分析方（fāng）法
一般情（qíng）況下（xià）軸承失效（xiào）分析大體可分為：失（shī）效實物和（hé）背景資料（liào）的收集，對失效實物（wù）的宏觀檢查和微觀分（fèn）析等（děng）三個步驟。
3.1 失效實物和背景材料的收集
應該盡可能地收集到失效實物的各個零件和殘片。盡量多地了解到失效軸承的實（shí）際工作條件、使用（yòng）過（guò）程和製造質量（liàng）情況。這對於正（zhèng）確地失效分析是必（bì）不可少的（de）。它具體包括（kuò）以下的內容:
(1) 軸承所服役的機械設備的工作（zuò）狀況、載荷和運轉速度、軸承（chéng）在設備上的設計工作條件。
(2) 軸承失效的情況，隻（zhī）有軸承（chéng）失效還是其他部分也（yě）失效，軸承失效大致屬（shǔ）於（yú）什麽類型。
(3) 軸承的安裝（zhuāng）運轉記錄（lù），運轉（zhuǎn）使用過程中有無不正常操作。
(4) 軸承工作中所承受的真正負（fù）荷情況如何，是否符（fú）合原設計。
(5) 軸承工作的（de）實際速度及不同速度出現的頻率。
(6) 失效時（shí）是否有溫度的急劇（jù）增加或冒煙、噪音（yīn）及振動的突然增大。
(7) 工作環境中有無腐蝕性介質，軸承及其相接觸的軸頸處有無特殊的表麵氧（yǎng）化或（huò）其他沾汙色。
(8) 軸承的安裝記錄（包括安裝（zhuāng）前軸承尺寸精度的複驗情況），軸和軸承的間隙、裝配和對中情況，軸承（chéng）座和機架剛（gāng）性（xìng）如何，安裝（zhuāng）是否有異常。
(9) 軸承運轉是否有熱膨脹及動力傳遞變化（huà）。
(10)軸承的潤滑情況，包括（kuò）潤滑劑的牌號（hào）、成分、顏色、粘度、雜種含量、過濾、更（gèng）換及供給（gěi）情況等，並收集其（qí）沉澱物以備分析。
(11) 軸（zhóu）承的選材是否正（zhèng）確（què），用材質量是否符合標準或圖紙要求。
(12 )軸承的製造工藝（yì）過程是否正（zhèng）常（cháng），表麵是否有塑性變化，有沒有表麵磨削燒傷。
(13 )失（shī）效軸承的修複和保養記（jì）錄。
(14 )同批或同類軸承的失效情況。
3.2 宏觀檢查
對失效軸承進行宏觀檢（jiǎn）查（包（bāo）括尺寸精度測量和表麵狀態檢查分（fèn）析（xī）），是失效分析Z重要的環（huán）節。通過（guò）總體的外觀檢查，可了解軸承失效的概貌和損壞部位的特征，估計造成失效的起因，察看缺（quē）陷的大小、形狀、部位、數量和特征並確定（dìng）截取的部位做進一步的微（wēi）觀檢查（chá）和分析（xī）。
宏觀檢查的內容應包括：
(1) 外形和尺（chǐ）寸精度的變化情（qíng）況（包括測振分析、動態函數分析和滾（gǔn）道（dào）不圓度分析）。
(2) 遊隙的變化情況。
(3) 是否有腐蝕現象，在什麽部位，是什麽類型的腐蝕，是否與失效直（zhí）接有關。
(4 )是否有破裂。裂紋的形態和斷口性質如何。
(5) 磨損是什麽類型的，對失效有多大（dà）作用。
(6) 軸承各部件工作表麵變色的情況（kuàng）和部位以確定其潤滑情況和表麵溫度（dù）效應。
(7) 對失效特征區主要（yào）觀察有無異常磨損、外來顆粒潛入、裂紋、擦傷和其它缺陷。
(8) 冷酸洗法或熱酸（suān）洗法（fǎ）檢驗軸承零件原（yuán）始（shǐ）表麵有（yǒu）無軟點、脫碳層和燒傷，特別是表麵磨削燒傷。
(9) 用X射線應力測定儀測量軸承工作前後的應力變化情況。宏觀檢查的結果（guǒ），有時也可基本判斷失（shī）效的（de）模式和原因，但要進（jìn）一部確定失效的性質，取得更多的證據（jù），還必須做微觀分析。
3.3 微觀分析
失效軸承的微觀分析包括光學金相分析、電子顯微分析（xī）、探針和電子（zǐ）能譜分析等。主要是根據失效特征區（qū）的微觀組織結構變化和對疲（pí）勞源、裂紋源的分析為（wéi）失效分（fèn）析提供更充分的判據或反證，因而是重要的。微觀分析中Z常用、Z普及的方法是斷口分析、光學金相分析和硬度檢（jiǎn）測。
分析的內容應包括：
(1) 原材料（liào）材質是否符（fú）合（hé）標準和設（shè）計要求。
(2) 軸承零件的基體組織和熱（rè）處理質量是否符合標準要求。
(3) 表層組（zǔ）織是否存在脫（tuō）碳（tàn）層、托氏體（tǐ）和其它表麵加工變質（zhì）層。
(4) 測量滲碳層等表（biǎo）麵強化層和多層金屬各層組織的深度、腐蝕坑或裂紋的形態與深度，並（bìng）根據缺陷的（de）形狀和兩側組織特征確定裂紋產生的原因及性質（zhì）。
(5) 根據晶粒大小（xiǎo）、組織變形、局部相變、重結晶、相聚集等判（pàn）斷變形程度、溫升情（qíng）況、材料種類及（jí）工藝過程等（děng）。
(6) 測量表麵（miàn）硬度、基體硬度、硬度均勻性及失效特征區（qū）的硬度變化。
(7) 斷口觀察與分析。掃描電子顯（xiǎn）微鏡因具有景深大（dà）、放大倍數高、圖象清晰等優點，對斷口的觀察和（hé）定性、測量更具優越性（xìng）。
(8) 電子顯微鏡、探針和電子能譜在疲勞源和裂紋（wén）源分析（xī）中能測出斷（duàn）口異物（wù）的成分，發現斷口的性質和斷（duàn）裂的原因。
這裏所介紹的軸承失效分析一般方法的三個步（bù）驟是（shì）一個由表及裏逐步深人的分析過程。具體分析時應根據軸承失效（xiào）的類型和特（tè）點，並不是三個步驟中的（de）每一個問題和每一種方法都對應使用。這要（yào）視（shì）具（jù）體情況決定取舍，但分析全過程的每一步驟是缺一不（bú）可的。而且在整個分析過程中，分析結（jié）果應始終與影響軸承失效的內、外諸多因素聯係起來，進行綜合思考（kǎo）與判斷。
