精密機床主軸軸承磨損失效分析

精密機床主軸軸承由GCr15鋼制造，經860℃淬火後15塑膠軸承0℃回火，滾道處經粗磨、精磨和研磨加工。使用僅2小時後，在滾道上出現灰白色的“白亮帶”軸承，使軸承精度降低，機床精度下降，影響使用壽命。滾道表面白亮帶用電鏡觀察，其上布滿大小不同的點剝落坑，坑底部有准解理斷裂特征及被硬質點擠壓而形成的塑性變形擠壓坑，這種分布密集的小坑在光線的照射下，發生漫散射，在宏觀上看起來呈灰白色。

分析結果說明白亮帶屬於接觸疲勞磨損失效。失效原因與接觸應力及軸承的內在質量有關，接觸應力越大，越易形成白亮帶。當滾道表面的磨削變質層越嚴重，則越易形成白亮帶。見圖1～圖5。這種磨損失效有兩種可能：(1)軸承滾道內在組織正常的情況下，發生剝落坑的主要原因是由外來的硬質點夾在滾道內陶瓷軸承，在滾動時成為磨料磨損導致早期失效。(2)當滾道內壁發生磨削燒傷導致硬度下降時，其表面不耐磨而出現金屬磨損，隨後迅速擴大而導致早期失效。

剝落坑透射電鏡二次復型像。坑底部有短小的河流狀條紋。滾道與滾柱在工作過程中作用於滾道表面，接觸應力較高，微裂紋以准解理方法擴展，造成點狀剝落。軸承工作時，滾道與滾柱之間由於存在硬質點而引起磨料磨損現像，出現平行溝槽。圖中所示溝槽與剝落坑相連的形態，剝落坑底部有准角斷理斷裂的河流花樣。右上方平行條紋為磨料磨損引起的溝糟。中間區由於硬質顆粒磨料擠壓造成許多微裂紋，但還未發生剝落。

滾道表面由於硬質點作為磨料形成的呈長條狀的擠壓坑，沿同一方向排列。當滾道表面微區某些部位硬度培林偏低，即磨削時形成的變質層較嚴重時，經硬質點擠壓，易形成這種具有塑性變形特征的擠壓坑。估計在磨削過程中出現燒傷而導致硬度下降，致使容易產生擠壓坑。右邊的平行條紋為磨損引起的溝槽，為磨料磨損特征。當磨粒較鈍和滾道表面較軟時出現犁溝狀，即金屬向溝槽兩側隆起，圖中溝槽側面具有這一特征。圖中左上呈三角形帶棱角的為擠壓坑。這些特征說明這一區域表面較軟，有磨削變質層存在。變質層即磨削燒傷層，出現硬度下降、強度降低等缺陷。