某燃氣輪機軸承鋼球缺陷分析

常智勇， 陳朝剛，楊 易

（1.海軍駐沈陽地區(qū)發(fā)動機專業(yè)軍事代表室，遼寧 沈陽110043； 2.沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

某燃氣輪機軸承鋼球缺陷分析

常智勇1， 陳朝剛2，楊 易2

（1.海軍駐沈陽地區(qū)發(fā)動機專業(yè)軍事代表室，遼寧 沈陽110043； 2.沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

某燃氣輪機工作25 000h后，在首翻期修理時，發(fā)現(xiàn)主齒輪箱內一球軸承鋼球表面存在缺陷，但并未影響系統(tǒng)正常工作。通過能譜分析，結合國內外常見球軸承鋼球加工過程分析，找到了故障鋼球缺陷產生的原因。

燃氣輪機；齒輪箱；軸承鋼球；缺陷分析；理化分析

1　前言

某燃氣輪機在首翻期修理時，發(fā)現(xiàn)主齒輪箱主傳動軸球軸承內1粒鋼球表面出現(xiàn)一處凹坑。該軸承已隨主齒輪箱工作超過25 000 h，在實際工作中并未出現(xiàn)異常聲響和振動等問題。

2　問題鋼球形貌

故障軸承除一粒鋼球表面出現(xiàn)凹坑外，其它零件表面均存在輕微劃痕，無明顯深度，其他未見異常。

出現(xiàn)凹坑的鋼球放大形貌見圖1，凹坑邊緣規(guī)整，無劃痕或刮蹭痕跡，凹坑長約1.031mm，寬約0.839mm，深約0.2mm，底部平整，呈黑色。

對掉塊部位進行了微觀形貌觀察，如圖2、圖3，發(fā)現(xiàn)掉塊凹坑大部分區(qū)域表面有結晶狀顆粒物。

圖1　掉塊凹坑放大圖

對凹坑的不同部位進行能譜分析，發(fā)現(xiàn)除基體成份外還存在O、Ca、Mg、Na、Ba、Si、S等元素，其中O元素在30%左右，見圖4、圖5。

3　鋼球檢驗分析

依據(jù)故障件外觀形貌，結合國際上比較常見的鋼球生產加工過程，進行了故障原因分析［1-3］。

3.1鋼球材料分析

經(jīng)理化分析，該鋼球加工用的原材料為某軸承鋼，標準規(guī)定原材料的硬度值應為61～65HRC，壓碎負荷要求≥326kN，顯微組織等要求見表1。

圖2　掉塊凹坑放大形貌

圖3　結晶物放大圖片

圖4　位置1能譜分析圖

圖5　位置2能譜分析圖

將故障鋼球切開后進行了顯微組織分析，符合表1中的規(guī)定。

表1　顯微組織、非金屬夾雜、晶粒度驗收標準

3.2鋼球理化檢驗分析

對故障鋼球進行硬度測量，實測值為61HRC，符合標準要求。

隨機抽取了其它3粒未掉塊的鋼球進行了壓碎負荷試驗，實測值為332kN、333kN和339kN，符合標準要求。

4　鋼球加工過程分析

國際上加工該種鋼球一般采用熱壓毛坯成型工藝，首先將棒料車制成料段，加熱后采用機械手或人工放入兩半球型胎具，壓制成毛坯球，帶有環(huán)帶和兩極［4-5］。熱沖壓成型過程示意圖見圖6。

圖6　鋼球熱沖壓成型過程示意圖

5　缺陷成因分析

該故障鋼球凹坑底部能夠看見較多松散分布的顆粒狀和局部團簇狀物質堆積形貌，能譜結果可見除基體元素外，具有較多的C、O（含量可達30%）等元素，凹坑底部異常物質主要為基體的氧化物；凹坑未見斷裂特征，為原始表面形貌。由此分析可知，凹坑底部異常物質為表層缺陷［6］。

因掉塊深度檢測約為0.2mm，從壓球到成品球的一般單邊余量為0.5～0.8mm，從壓型表面到缺陷部位的深度估計應不小于1mm，因此判斷折疊的深度大約在0.9～1mm左右。鋼球壓制后在冷卻介質中冷卻時，冷卻介質進入折疊部位，在后續(xù)加工過程中折疊缺陷形成封閉。

6　結論

綜合以上分析，結論如下：

（1）故障鋼球凹坑底部呈現(xiàn)高溫氧化形貌，無斷裂特征，凹坑底部異常物質為表層缺陷，因該部位強度較低，在工作載荷作用下，缺陷表層在短期內產生脫落露出凹坑。

（2）該缺陷可能是在熱沖壓過程中產生的。

［1］徐健.圓柱滾子軸承滾動體表面裂紋性質對比分析［J］.機械傳動，2015（09）：155-157.

［2］董漢杰，陳翠麗，李國棟，李昭昆，焦陽，張彥合. 軸承零件的常見磁粉探傷缺陷［J］. 無損檢測，2015（03）：56-58.

［3］郭浩，梁華，王正德，李少亮，王浩. 軸承套圈端面缺陷分析方法探討［J］. 軸承，2015（05）：32-34.

［4］班君，劉秀蓮，羅燕. 軸承滾子磁痕探傷分析［J］. 哈爾濱軸承，2015（01）：41-43.

［5］黃進城. 模鍛件鍛造折疊研究［J］. 中國高新技術企業(yè)，2014（18）：15-16.

［6］曹景煒，李濤，馬永強，王哲，穆立峰. GCr15SiMn鋼軸承套圈缺陷成因分析［J］. 理化檢驗（物理分冊），2015（12）：905-907.

（編輯：王立新）

Defect analysis of steel ball of a gas turbine bearing

Chang Zhiyong1，Chen Chaogang2，Yang Yi2

（1.Navy Station in Shenyang Military Representative Offce on Engine，Shenyang 110043，China；2. Shenyang Daybreak Aircraft Engine （Group）Co.，Ltd.， Shenyang 110043，China）

After a gas turbine had worked for 25 000h， in the frst turn of the repair， we found that a ball surface of the ball bearing had the defects in the main gear box， but it did not affect the system work. By spectrum analysis， combining with domestic and foreign common ball bearing steel ball machining process analysis， the cause of the ball defect was found.

gas turbine； gear box； bearings steel ball； defects analysis； physical and chemical analysis

TH133.33+1， TG115.21

B

1672-4852（2016）01-0011-03

2016-02-19.

常智勇（1978-），男，工程師.