滚动轴承外圈剥离故障产生的原因分析

　　1.劣质材料

　　如果轴承外圈存在材质不良等缺陷，由于车辆运行时轴承外圈与轴承座处于动配合状态，轴承外圈与轴承座在一定条件下蠕变不均匀或一般情况下不移动，轴承座相对固定扣在轴承外圈上。根据金属材料的损伤理论，裂纹和剥落起源于材料受力最大的地方，或者起源于材料在相同应力下强度最弱的地方。按照车辆重量传递的顺序:车体(摇枕)-心盘-摇枕-摇枕弹簧-侧架，(轴承座)-轴承-轮轨。

　　因此，微型轴承上部与轴承座接触的弧面部分承受的压力最大，轴承外圈滚道在长时间的循环转动中承受交变应力，而轴承滚子与外圈滚道的接触是线接触，接触线上的压力很大。轴承长期运行后，特别是大修后，如果轴承外圈材质不良，在材质不良处可能会发生材料疲劳，进而出现局部剥落或其他故障。

　　G20CrNi2MoA渗碳钢为亚共析钢，常用于生产货车滚动轴承。GCr15轴承钢是过共析钢，其冶金质量决定其质量。非金属夹杂物和碳化物的均匀性以及基体的强度是影响轴承寿命的两个主要冶金因素。

　　1.1内含物

　　A.内生夹杂物:主要是冶炼过程中脱氧反应的产物，尺寸较小，大部分上浮到渣中，少数来不及上浮而留在钢中。其次，随着钢液在凝固过程中温度的降低，氧和硫在钢液中的溶解度降低，于是氧化物和硫化物不断从钢中析出，称为内生夹杂物。

　　B.外来夹杂物:主要是冶炼和浇注过程中从原料带入钢水中的夹杂物，尺寸较大，如矿石中的脉石、废钢表面的泥土和铁锈等;炉体、钢包、出铁沟等内壁剥落的耐火材料。钢水混合引起的夹渣;出钢和浇注时钢水二次氧化等外部原因形成的夹杂物都是外来夹杂物。如果钢中含有非金属夹杂物，可能会导致劣质材料和轴承剥落故障。

　　1.2碳化物的均匀性

　　碳化物分布和颗粒大小的不均匀性可视为缺陷，碳化物与马氏体的界面容易引起应力集中，成为裂纹的起源。轴承钢淬火后的显微组织直接影响轴承的疲劳寿命。能否获得良好的调质组织与钢厂提供的退火钢中碳化物的均匀性密切相关。因此，要提高轴承钢的疲劳寿命，不仅要严格控制钢中的非金属夹杂物，还要注意改善碳化物的不均匀性。

　　1.3锻造温度对材料的影响

　　G20CrNi2MoA渗碳钢为亚共析钢，初锻温度为12450C。GCr15轴承钢是过共析钢，其初锻温度一般设定在1050-1100℃..当钢材加热到一定温度时，奥氏体晶粒迅速长大，使机械性能下降，严重时会形成过烧。有些过热缺陷可以通过二次锻造、回火和正火来消除;还有的顽固不化，无法通过热处理消除。

　　当钢在较高温度下加热时，高温金属被炉内的氧气或其他氧化性气体渗入晶粒内，与铁、碳、硫反应生成易熔氧化物的共晶，破坏晶粒间的关系，使金属的强度大大降低。即使没有形成共晶，也会在晶粒周围形成脆壳，削弱晶粒间的连接。这种金属锻造时会破碎，断面晶粒粗大，呈浅灰蓝色。这叫金属过烧，过烧的金属无法保存。只有严格控制炉温，钢才不会在高温区停留太久，高质量的锻件才能保证合格的轴承钢。

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　　2.微型轴承其他故障的延伸

　　2.1零件表面出现麻点、分散或聚集的微小凹坑。

　　大部分的斑点是脱皮失效的源头，是微观的或者小的脱皮。在轴承高速运转期间，麻点导致材料弱化。微型轴承旋转时，滚子与外圈线接触，凹坑边缘产生剪应力。由于工作条件差，凹坑边缘有时会切断油膜，夹带散落在周围的剥离金属物，使凹坑进一步扩大，造成轴承高温高热，有的还可能造成甩油缺油。随着凹坑逐渐扩大，滚子和外圈之间的线接触面积变小。当接触面的压力和应力增大时，接触面又会变小，多次循环后接触面的压力和应力又会增大，导致故障逐渐发展，可能形成热轴-缺油-剥落等。

　　2.2润滑脂失效

　　润滑脂具有机械安定性、胶体安定性、抗腐蚀性、氧化安定性、极压性和抗磨性的特点，其分子具有坚韧的承压能力、抗磨性和聚合粘附能力。轴承和滚道的正常功能不能破坏油膜，即油膜将滚子与滚道隔开，保护滚动面之间、滚动体与保持架之间、轴环法兰与滚子之间的摩擦，同时将运行热量扩散到整个轴承，起到散热的作用。油脂故障分为缺油和油脂干扰两种，两种故障的外向性特征明显。缺油时，轴承容易转动;严重缺油时，转动时明显听到滚子均匀下落的声音，由于滚道和滚子缺乏油膜润滑而形成摩擦热。缺油多发生在使用2年以上的轴承上。

　　这种故障严重时，由于轴承缺乏脂润滑，滚道和滚子之间没有或没有油膜保护，造成轴承干摩擦，可能导致轴承温度高或轴热，使轴承钢质量下降，进而导致剥落或其他轴承故障。如果轴承在制造和维修时注入的油量过大，在装载和使用后会因润滑脂的干扰而产生较高的运转热，从而可能造成甩油。由于缺乏油脂润滑，轴承还会形成热轴、脱皮或其他轴承故障。

　　2.3密封盖和油封松动脱落。

　　近年来，由于轴承厂的扩建，一些轴承厂技术保障能力不足，生产的轴承在列车提速后达不到要求，齿与密封盖的过盈量大。轴承装上后，密封盖、油封等轴承附件很容易松动甚至脱出，微型轴承会出现甩油、缺油、混砂混水、油脂变质，进而因高热而脱皮。

　　3.车辆超载和部分负载

　　车辆运行过程中，会出现过载和偏心载荷，导致轴承承受过大的载荷，产生应力集中。轴承内外圈轨道面上或滚子上的薄弱部位，会因轴承负荷过载而承受非正常情况下的循环应力，可能造成材料疲劳、点蚀或剥落失效。

　　4.车轮踏面磨损

　　车辆车轮踏面擦伤时，轴承在行驶中受到高频率的动载荷冲击，其冲击载荷和破坏力相当大。根据有关资料，如果车辆以80kmm的速度行驶，8cm长的平疤车轮所承受的冲击力是正常力的4.5倍，增加了车轮开裂和轴承配件损坏的可能性。轴承中最薄弱的部分受力，轴承零件因材料疲劳而剥离断裂。