电站送风机轴承断裂失效分析

摘要：目前，随着我国社会经济的不断发展，带动着我国各行各业的迅速发展，然而电力行业也不例外。本文主要结合笔者多年工作经验对电站送风机轴承断裂的失效分析进行探讨。

关键词：电站；送风机；轴承断裂；失效分析；

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

前言

某电厂2012年7月28日 03：10 左右#1机组甲送电机前轴承温度升至78℃。检查发现#1炉甲送电机前轴承有异音，轴承温度偏高，判断为轴承损坏，联系运行停运#1炉甲送后解体检查发现，电机前轴承(SKF NU228EC/C3)内圈断裂，转子轴颈（前轴承）磨损严重。该轴承于2012年1月3日投入运行。

来样断裂轴承见图1，断裂部位为轴承内圈，据供应商告知，内圈材质相当于GCr15，要求全淬火，淬回火后的硬度应为58.0～62.0HRC。

一、试验分析

1.1 宏观检查

经宏观检查，断裂面较平整呈深褐色，经清洗后可清晰地看到断裂源处于轴承内圈的外表面（与滚柱接触面），断面中部可见逐步扩展的弧线（宏观疲劳纹路），如图1所示。断裂处的外表面有长约60mm、宽约8mm的带状摩擦损伤和细小的剥落坑，裂源正好处于摩擦损伤带两侧边界严重处，裂源及剥落坑清晰可见，且下方的裂源即位于剥落坑处。

图1：来样轴承断裂形貌

1.2 扫描电镜检查

断裂件的一个断口经清洗后在扫描电镜下观察，裂源处呈快速开裂和放射状形态（图2），在扩展区局部区域隐约可见疲劳扩展形貌。由于高强度钢，尤其是高碳、高合金钢，经淬回火后硬度较高，往往在扫描电镜的微观下疲劳条带不易显示，但可看到较多的和扩展方向垂直的二次裂纹。断口大部分区域呈现出沿晶开裂的二次裂纹和云朵状的准解理形貌。有的区域还可看到颗粒状的非金属夹杂物和脱落后的孔洞。

在内圈外表面断裂源附近有摩擦引起的较密集的横向微裂纹，裂源从横裂纹处开始，在裂源处可看到海滩状逐步扩展的特征和微裂纹。

图2：裂源处呈放射状扩展形貌

1.3 硬度检测

在裂源附近表面测定洛氏硬度，结果为61.5～62.0 HRC。

1.4 元素成分分析

试验结果为：C含量0.97%，Si含量0.30% Mn含量0.30% S含量0.30% P含量0.30% Cr含量1.45%，符合GCr15钢要求。

1.5 钢中非金属夹杂物检查

按GB/T 18254-2002标准要求检查和评定，结果A类夹杂物为1.5级、D类夹杂物为1级，符合GB/T 18254-2002高碳铬轴承钢技术要求。

1.6 显微组织检查

从裂源区域取样，磨制抛光浸蚀后可看到裂源区域有摩擦损伤，外表面摩擦区域有回火烧伤层，高倍下可见回火烧伤的外表层还有一薄层淬火马氏体层（白色层），有的白色淬火马氏体层较薄而呈断续状，有的较厚而呈连续状的淬火马氏体，淬火层下面的过回火层硬度显著降低（465HV0.1，未过回火的中心区域硬度为762HV0.1），如图3所示（白亮菱形为显微硬度压痕）。中心组织为回火隐针状马氏体+细针状马氏体+残余奥氏体和细小颗粒状的碳化物，带状碳化物按GB/T 18254-2002评定为1～2级，符合技术要求。

图3：最外表层白色淬火层和次表层深色高温回火层

二、综合分析

轴承内圈材料成分、冶金质量及力学性能（硬度）均符合相关技术要求。但轴承内圈的外表面有长约60mm、宽约8mm的带状摩擦损伤和细小的剥落坑，在扫描电镜下可看到损伤的裂源区有较多密集的横向微裂纹，断裂源处于摩擦损伤带内的剥落坑和微裂纹处。在扩展区有准解理形貌和沿晶的二次裂纹、非金属夹杂物等脆性断裂特征。

在显微组织检查时，可看到摩擦损伤表层出现淬火马氏体和高温回火烧伤组织（其他位置未发现），说明该区在摩擦损伤时的瞬时温度高达临界温度以上，在快速冷却下获得薄层脆性较大的淬火马氏体，而其下面温度低于临界温度而获得硬度较低的高温回火组织。由于不同组织的转变，而使轴承表层产生较大的组织应力，因而表层在组织应力和摩擦应力的作用下，使局部表面产生较多的横向裂纹和剥落，则在使用应力作用下，使微裂纹和剥落坑处形成应力集中，并导致剥落坑处微裂纹的形成和微裂纹的不断扩展。

从断口形貌可知，瞬时断裂区较小，说明轴承内圈所受的应力并不大，因此裂纹扩展较缓慢。由于轴承内圈硬度较高、塑性较差，微观下裂纹扩展过程的疲劳条带不明显，通常只能在宏观断口上反映出来，有时在接近瞬时断裂的快速扩展时才能看到宏观形貌特征（图1）。

在对轴承外观的检查中，我们未发现和轴承内圈外表面接触的滚柱上有明显损伤和缺陷，同时由于我们对轴承组装以及现场使用等具体情况不明，因此无法确定轴承内圈外表面摩擦损伤的形成原因。

结语

综上所述，轴承内圈的材料化学成分与冶金质量及硬度均符合相关的技术要求。轴承内圈断裂是由于轴承内圈外表面受到摩擦损伤出现剥落和微裂纹，在使用应力的作用下形成应力集中，使剥落坑微裂纹的形成和微裂纹的扩展导致轴承内圈的断裂。