NTN軸承損壞的形成四種失效情況

在使用NTN軸承過(guò)程中，由于本身質(zhì)量和外部條件的原因，其承載能力，旋轉(zhuǎn)精度和減摩能性能等會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)軸承的性能指標(biāo)低于使用要求而不能正常工作時(shí)，就稱為軸承損壞或失效，軸承一旦發(fā)生損壞等意外情況時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)其機(jī)器、設(shè)備停轉(zhuǎn)，功能受到損傷等各種異常現(xiàn)象。
因此需要在短期內(nèi)查處發(fā)生的原因，并采取相應(yīng)措施，當(dāng)然，NTN軸承損壞的情況比一般機(jī)械零件的損壞要復(fù)雜得多，滾動(dòng)軸承損壞的特點(diǎn)是表現(xiàn)形式多，原因復(fù)雜，軸承的損壞除了軸承設(shè)計(jì)和制造的內(nèi)在因素外，大部分是由于使用不當(dāng)，例如：選型布適合（參見(jiàn)顧客須知）、支承 設(shè)計(jì)不合理，安裝不當(dāng)，潤(rùn)滑不良，密封不好等外部因素引起的。
研究NTN軸承損壞的形成和原因具有重要的意義，一方面可以改進(jìn)使用方法，正確地使用軸承，充分發(fā)揮軸承應(yīng)有的效能，另一方面有助于開(kāi)發(fā)性能更好的新產(chǎn)品。本文中除了敘述滾動(dòng)軸承使用中注意事項(xiàng)、安裝方法、運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)察等外，還著重介紹軸承損壞的形式和原因及應(yīng)采取的對(duì)策.
1.軸承的磨削熱
    在NTN軸承的磨削加工中，砂輪和工件接觸區(qū)內(nèi)，消耗大量的能，產(chǎn)生大量的磨削熱，造成磨削區(qū)的局部瞬時(shí)高溫。運(yùn)用線狀運(yùn)動(dòng)熱源傳熱理論公式推導(dǎo)、計(jì)算或應(yīng)用紅外線法和熱電偶法實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)條件下的瞬時(shí)溫度，可發(fā)現(xiàn)在0.1～0.001ms內(nèi)磨削區(qū)的瞬時(shí)溫度可高達(dá)1000～1500℃。這樣的瞬時(shí)高溫，足以使工作表面一定深度的表面層產(chǎn)生高溫氧化，非晶態(tài)組織、高溫回火、二次淬火，甚至燒傷開(kāi)裂等多種變化。
(1)表面氧化層
    瞬時(shí)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。值得注意的是氧化層厚度與表面磨削變質(zhì)層總厚度測(cè)試結(jié)果是呈對(duì)應(yīng)關(guān)系的。這說(shuō)明其氧化層厚度與磨削工藝直接相關(guān)，是磨削質(zhì)量的重要標(biāo)志。
(2)非晶態(tài)組織層
    磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫使工件表面達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，熔融的金屬分子流又被均勻地涂敷于工作表面，并被基體金屬以極快的速度冷卻，形成了極薄的一層非晶態(tài)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(qū)的瞬時(shí)高溫可以使表面一定深度(10～100nm)內(nèi)被加熱到高于工件回火加熱的溫度。在沒(méi)有達(dá)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(chǎn)生與加熱溫度相對(duì)應(yīng)的再回火或高溫回火的組織轉(zhuǎn)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(dāng)磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫將工件表面層加熱到奧氏體化溫度(Ac1)以上時(shí)，則該層奧氏體化的組織在隨后的冷卻過(guò)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(yīng)力變化。二次淬火區(qū)處于受壓狀態(tài)，其下面的高溫回火區(qū)材料存在著最大的拉應(yīng)力，這里是最有可能發(fā)生裂紋核心的地方。裂紋最容易沿原始的奧氏體晶界傳播。嚴(yán)重的燒傷會(huì)導(dǎo)致整個(gè)磨削表面出現(xiàn)裂紋(多呈龜裂)造成工件報(bào)廢。
2.軸承因磨削力形成的變質(zhì)層
    在磨削過(guò)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。尤其是后兩者的作用，使工件表面層形成方向性很強(qiáng)的塑性變形層和加工硬化層。這些變質(zhì)層必然影響表面層殘余應(yīng)力的變化。
(1)冷塑性變形層
    在磨削過(guò)程中，每一刻磨粒就相當(dāng)于一個(gè)切削刃。不過(guò)在很多情況下，切削刃的前角為負(fù)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(jìn)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(shí)溫度，使一定深度的工件表面層彈性極限急劇下降，甚至達(dá)到彈性消失的程度。此時(shí)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(shí)用顯微硬度法和金相法可以發(fā)現(xiàn)，由于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，再以后的加工中若沒(méi)有被完全去處，殘留于工件表面也將造成表面軟化變質(zhì)，促成軸承的早期失效。
3.斷裂失效 
    NTN軸承斷裂失效主要原因是缺陷與過(guò)載兩大因素。當(dāng)外加載荷超過(guò)材料強(qiáng)度極限而造成零件斷裂稱為過(guò)載斷裂。過(guò)載原因主要是主機(jī)突發(fā)故障或安裝不當(dāng)。軸承零件的微裂紋、縮孔、氣泡、大塊外來(lái)雜物、過(guò)熱組織及局部燒傷等缺陷在沖擊過(guò)載或劇烈振動(dòng)時(shí)也會(huì)在缺陷處引起斷裂，稱為缺陷斷裂。應(yīng)當(dāng)指出，軸承在制造過(guò)程中，對(duì)原材料的入廠復(fù)驗(yàn)、鍛造和熱處理質(zhì)量控制、加工過(guò)程控制中可通過(guò)儀器正確分析上述缺陷是否存在，今后仍必須加強(qiáng)控制。但一般來(lái)說(shuō)，通常出現(xiàn)的軸承斷裂失效大多數(shù)為過(guò)載失效。 
4.游隙變化失效 
    NTN軸承在工作中，由于外界或內(nèi)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”稱為游隙變化失效。外界因素如過(guò)盈量過(guò)大，安裝不到位，溫升引起的膨脹量、瞬時(shí)過(guò)載等，內(nèi)在因素如殘余奧氏體和殘余應(yīng)力處于不穩(wěn)定狀態(tài)等均是造成游隙變化失效的主要原因。