CC BY
11
DOI: 10.47581/2020/30.10.2020/SMTT/32.5.024
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТЕПЛОСТОЙКОГО ПОДШИПНИКА ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Пугачева Татьяна Михайловна, доцент, к.т.н. (e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru) Самарский Государственный технический университет,
г.Самара, Россия
Приведены данные исследования колец, тел качения и сепаратора теплостойкого подшипника из стали 8Х4В9Ф2 (ЭИ347Ш) снятого с эксплуатации по причине наличия стружки в масле. По результатам внешнего осмотра, магнитной дефектоскопии, холодного травления, микроанализа и замеров твердости установлено, что подшипник в процессе работы был неравномерно нагружен с осевой составляющей, а выкрашивание и шелушение на кольцах и роликах носят усталостный характер и не связаны с качеством металла или термической обработки.
Ключевые слова: подшипник, сталь 8Х4В9Ф2 (ЭИ347Ш), микроструктура, твердость, выкрашивание
Исследования подшипников после эксплуатации, особенно не выработавших расчетный ресурс, чаще всего проводят для определения причин выхода его из строя. Причинам могут быть связаны, как с качеством металла и изготовления деталей подшипника, так и с недостаточным смазыванием, неправильным уплотнением, неправильным монтажом, перегрузкой или другими трибологическими проблемами [1-4].
Целью данной работы было изучить качество металла и термической обработки деталей теплостойкого подшипника из стали 8Х4В9Ф2 (ЭИ347Ш) преждевременно снятого с эксплуатации из-за начавшегося разрушения подшипника и обнаружения стружки в масле.
Методика исследования
Исследование включало определение химического состава материала деталей подшипника, визуальное изучение внешнего вида деталей подшипника для выявления и оценки очагов разрушения и выявления особенностей эксплуатации, магнитную дефектоскопию для выявления трещин, холодное травление для определения прижогов, микроанализ и измерение твердости.
Результаты исследования и их анализ
По данным спектрального анализа материал колец и роликов соответствует стали 8Х4В9Ф2Ш, сепаратора - бронзе марки БрАЖМц 10-3-1,5.
Визуальный осмотр наружного кольца показал, что роликовая дорожка покрыта окисными пленками различных оттенков: от желто-соломенного до -сине-голубого с многочисленными мелкими вмятинами и очагами ше-
лушения (рисунок 1, а). Наибольшее количество участков шелушения расположено с базовой стороны. Наибольший участок выкрашивания — 30 мм длиной 3-7 мм шириной. (рисунок 1, б). Вокруг имеется большое количество вмятин и неразвившихся до выкрашивания трещин. На бортиках имеются кольцевые следы трения о сепаратор на расстоянии примерно 1/3 ширины от базового торца.
Рисунок 1 - Роликовая дорожка наружного кольца
Внешняя цилиндрическая поверхность наружного кольца покрыта окис-ными пленками от соломенно-желтого до серо-голубого в центре оттенка (рисунок 2). В серо-голубой области имеется засветленная полоса около 1 мм шириной на расстоянии 1/3 от базового торца. Края фасок засветлены.
Рисунок 2 - Внешняя цилиндрическая поверхность наружного кольца
На внешней фаске базового торца имеются вмятины и участки схватывания металла. Торец тёмно-серый, со стороны монтажной фаски поверхность торца засветлена с окисными пленками от соломенно-желтых до серо-голубых оттенков. Противобазовый торец покрыт окисными пленками серо-желтого оттенка с засветленной полосой шириной < 1 мм у монтажной фаски
След качения внутреннего кольца ярко выражен (рисунок 5), покрыт окисными пленками от желтого до сине-фиолетового оттенка и вмятинами, которые преимущественно располагаются с базовой стороны в полосе шириной ~ 4 мм. По краю следа качения с базовой стороны имеются участки выкрашивания в секторе ~ 160 ° (рисунок 6). По краям следа качения в этом секторе базовой стороны имеются окисные плёнки темно-желтого оттенка, с противобазовой стороны - светло-желтого. С базовой стороны по следу качения наблюдаются две кольцевые полосы окисной пленки синего оттенка, причем наружная более тонкая и плотная, а внутренняя более размытая. Базовый торец имеет темно-серый цвет, противобазовый торец -от светло- до темно-желтого с засветленной полосой на расстоянии 1/3
ширины торца от роликовой дорожки. Внутренняя цилиндрическая поверхность темно - серого цвета с пятнами пригара смазки.
Поверхность сепаратора покрыта продуктами окисления рабочей среды и серебряного покрытия. Цвет продуктов окисления - черный. Продукты окисления плотные, блестящие. На большей части цилиндрических поверхностей покрытие сохранило целостность за исключением сектора ~120°, где покрытие почти полностью удалено со всех сторон и обнажен основной металл (рисунок 7). На торцах в этом секторе имеются грубые повреждения покрытия, местами с отслоением. На наружных цилиндрических поверхностях имеются засветленные полосы, образовавшиеся от трения о направляющие бортики. Засветления имеют разную интенсивность с базовой и противобазовой сторон (рисунок 8). На поверхности гнезд также имеются засветленные ассиметричные области приработки, более интенсивные с одной из сторон гнезда (рисунок 9). В гнездах по месту контакта с роликами на боковых перемычках имеется износ до основного металла.
Рисунок 5 - Дорожка Рисунок 6- Внешний вид внутреннего кольца после холодного травления качения внутреннего кольца
Рисунок 7 - Внешняя поверхность сепаратора в поврежденной части
Рисунок 8 - Засветленные полосы на наружной цилиндрической
поверхности сепаратора
Рисунок 9 - Следы приработки роликов на сепараторе
Поверхности роликов окислены до желто-коричневого оттенка на торцах и сине-фиолетового по поверхности качения (рисунок 10). На ряде роликов имеются участки выкрашивания различной интенсивности и участки шелушения, расположенные ближе к базовому торцу (рисунок 11, 12). На одном ролике по краю фаски имеются мелкие прикатанные участки выкрашивания.
Рисунок 10 - Внешний вид роликов
Рисунок 11 - Выкрашивание и шелушение на роликах
Рисунок 12 - Внешний вид роликов после холодного травления
Неравномерность износа и разноцветность окисных пленок на всех деталях подшипника свидетельствует о неоднородности нагрева и приложения нагрузки с осевой составляющей в базовую сторону.
При магнитном дефектоскопировании колец происходит отложение магнитного порошка только по местам выкрашивания металла. После холодного травления деталей подшипника в 4%-ном водном растворе азотной кислоты прижогов не обнаружено.
Твёрдость материала колец замерялась на шлифах по Виккерсу на приборе Zwick 3212 при нагрузке 5 кг. Значения твёрдости в переводе на шкалу HRC приведены в таблице, а схемы замеров указаны на рисунках 13:
I1
а б
Рисунок 13 - Схема замера твердости на наружном (а) и внутреннем (б) кольце
Таблица 1- Результаты замета твердости
Твердость наружного кольца в разных направлениях Твердость внутреннего кольца в разных направлениях
1. 64,8-64,8-64,2-64,5-64,8 HRC 2. 64,8-64,5-64,5-64,2-63,7 HRC 3. 64,8-64,8-64,8-64,2-64,2 HRC 4.64,8-64,8-64,2-63,7-63,7 HRC 1. 64,8-64,5-64,8-64,8-64,5 HRC 4. 64,8-64,8-64,2-64,8-64,8- 64,8 HRC
Твердость сепаратора, замеренная на приборе Zwick 3212 по методу Виккерса при нагрузке 5 кг, составила - 129-153 HV.
Твердость на торцах роликов, измеренная по Роквеллу составляет 63-64 HRC.
Микроанализ показал:
1. Загрязнённость металла колец и шариков неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами, глобулями), оценённая по шкалам ГОСТ 1778-70, не превышает 1 балла по каждому виду включений.
2. Карбидная неоднородность в металле колец, оценённая по шкале ТУ 14-1-2244-05, не превышает 4 балла.
3. Микроструктура металла колец и роликов, оценённая по шкале №4 РТМ ВНИПП 007-10, состоит из мелко- и среднеигольчатого мартенсита и карбидов балла 3.
3. Под зоной выкрашивания (глубиной до 200 мкм) наружного кольца обнаружены трещины, усталостного характера, направленные под острым углом к поверхности, а также идущие перпендикулярно и параллельно поверхности (рисунки 14). В зоне выкрашивания внутреннего кольца и роликов имеются микротрещины усталостного характера. Глубина выкрашивания в исследованных сечения до 20 мкм.
4.Из сепаратора в поврежденном секторе был сделан косой шлиф под углом 45°. Микроструктура сепаратора состоит из а-твердого раствора. эв-тектоида и Fe-составляющей (рисунок 15). На поверхности серебряного покрытия наблюдаются продуктов окисления рабочей среды.
I '
Рисунок 14 - Разнонаправленные трещины в районе зоны выкрашивания роликовой дорожки наружного кольца (х100)
Рисунок 15- Покрытие с продуктами окисления рабочей среды
Выводы
1. В процессе эксплуатации нагружение и нагрев подшипника были неравномерными, что могло быть связано с неправильным монтажом.
2.Выкрашивание и шелушение на кольцах и роликах имеет усталостный характер и не связаны с качеством металла или термической обработки.
3. Причинами повреждения покрытия могли быть агрессивное воздействие серосодержащей смазки и перекос при работе подшипника из-за неравномерной нагрузки и нагрева.
4. В процессе работы подшипник в целом нагревался не выше температуры технологического отпуска, однако разогрев был неравномерным.
Список литературы
1. Спришевский А.И. Подшипники качения. М: Машиностроение, 1969. - 632 с.
2. Зайцев А.М, Коросташевский Р.В. Авиационные подшипники качения, М: Обо-ронгиз, 1963.340 с.
3. Черменский О.Н. Подшипники качения. М: Машиностроение, 2003.- 575 с.
4. Спектор А.Г., Зельберт Б.М., Киселева С.А. Структура и свойства подшипниковых сталей. М: Металлургия, 1960.-264 с.
Pugacheva T. М., associate Professor, Ph. D.
(e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru)
Samara state technical University, Samara, Russia
EXAMINATION OF HEAT RESISTANT BEARING PARTS AFTER OPERATION
The data of studies of rings, rolling elements and a cage of a heat-resistant bearing made of steel 8X4V9F2 (EI347SH) taken out of service due to the presence of chips in the oil are presented. According to the results of external examination, magnetic flaw detection, cold etching, microanalysis and hardness measurements, it was found that the bearing was unevenly loaded with the axial component during operation, and chipping and flaking on the rings and rollers are of a fatigue nature and are not related to the quality of the metal or heat treatment. Key words: bearing, steel 8X4V9F2 (EI347SH), microstructure, hardness, chipping
