(2.82)--材控金属构件失效分析.ppt

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1、1滚动轴承典型失效案例分析2安装部位安装部位回转支承回转支承钢包台车钢包台车连连铸铸机机32）1#回转支承失效案例回转支承失效案例炼炼钢钢连连铸铸钢钢包包台台车车回回转转支支承承使使用用直直径径5420mm的的特特大大三三排排圆圆柱柱滚滚子子轴轴承承，经经使使用用14年年（外外商商规规定定使使用用寿寿命命为为10年年）后后进行安全解体失效分析。进行安全解体失效分析。载载荷荷(805(805吨吨)：空空钢钢包包重重：140140吨吨（两两个个）、钢水重：、钢水重：300300吨吨载载荷荷时时的的运运行行状状态态：轴轴承承所所支支撑撑的的钢钢包包台台车车在在360360运运行行过过程程中中有有受受

2、钢钢包包、浇浇钢钢等等工工序序，在在整整个个运运行行过过程程中中轴轴承承处处于于倾倾复力矩的作用下的间隙转动运动。复力矩的作用下的间隙转动运动。连铸钢包1台车大型回转支承失效案例工况42）1#回转支承回转支承失效案例失效案例轴承基本结构轴承基本结构上半内圈上半内圈挡边挡边5内圈径向内圈径向滚道滚道2下半内圈下半内圈挡边挡边6内圈主推力内圈主推力滚道滚道3123上半内圈上半内圈下半内圈下半内圈外外圈圈外圈主推力外圈主推力滚道滚道8外圈径向滚外圈径向滚道道6外圈反推力外圈反推力滚道滚道4内圈反推力内圈反推力滚道滚道11 1、2 2推力滚子，推力滚子，3 3径向径向滚子滚子内内圈圈连铸钢包1台车大型

3、回转支承失效案例工况52）1#回转支承失效案例回转支承失效案例AAAAACBDBBBCCCDDDBCD11112122223333344444轴承的载荷分布周期如下；1)1)内圈内圈A A侧无包、侧无包、C C侧满包，用时侧满包，用时1 1分钟，此时开分钟，此时开始浇注始浇注2)2)内圈内圈A A侧无包、侧无包、C C侧浇注至包内钢水余侧浇注至包内钢水余100100吨吨(已浇已浇200200吨吨)，用时，用时2828分钟分钟钢钢包包回回转转支支承承的的载载荷荷分分析析工况条件工况条件连铸钢包1台车大型回转支承失效案例62）1#回转支承失效案例回转支承失效案例失效现象失效现象回转支承轴承的解体局

4、部外貌回转支承轴承的解体局部外貌图图1解体时从润滑油脂中发现的部分解体时从润滑油脂中发现的部分磨损磨粒图磨损磨粒图2；图图1轴承解体局部外貌轴承解体局部外貌图图2解体时发现的磨损磨粒解体时发现的磨损磨粒连铸钢包1台车大型回转支承失效案例7外圈主推力外圈主推力3 3滚道悬臂樑滚道悬臂樑A A、C C加载区加载区180180对称圆周长对称圆周长0.50.5m m的疲劳剥离区域的疲劳剥离区域外圈主推力外圈主推力3 3滚道悬臂滚道悬臂樑加载区樑加载区A A、C C的油沟的油沟处的材料大片剥离处的材料大片剥离（6.26.2mmmm4.2mm4.2mm）外圈主推力滚道外圈主推力滚道3 3悬臂樑悬臂樑加载区

5、加载区A A、C C有一长约有一长约1 1m m有一定深度的磨痕，距有一定深度的磨痕，距滚道边缘约滚道边缘约3.23.2cmcm沿滚道沿滚道方向分布。方向分布。2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例图图3外圈主推力滚道的疲劳剥离外圈主推力滚道的疲劳剥离图图4外圈主推力滚道的疲劳剥离放大外圈主推力滚道的疲劳剥离放大图图5外圈主推力滚道的磨痕外圈主推力滚道的磨痕外圈主推力滚道损伤外圈主推力滚道损伤连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例82）1#回转支承失效案例回转支承失效案例内内圈主推力滚道损伤圈主推力滚道损伤内内圈圈主主推推力力滚滚道道8 8的的热热处处理理软软带带

6、处处有有较较严严重重的的疲疲劳劳剥剥落落，剥剥落落区区沿沿圆圆周周方方向向长长约约1 1m m，剥剥落落起起源源于于滚滚道道外侧边缘处外侧边缘处图图6外圈主推力滚道的疲劳剥离外圈主推力滚道的疲劳剥离内内圈圈主主推推力力滚滚道道8 8软软带带处处滚滚道道上上除除疲疲劳劳剥剥离离点点以以外外，还还有有有有许许多多条条状状无无明明显显深深度度的的黑黑褐褐色色斑斑迹迹，斑迹位置与滚子对应。斑迹位置与滚子对应。图图7外圈主推力滚道的条状斑痕外圈主推力滚道的条状斑痕无无其其他他经经着着色色探探伤伤。内内圈圈主主推推力力滚滚道道8 8的的热热处处理理软软带带的的严严重重的的疲疲劳劳剥剥落落的的边边缘缘微小裂

7、纹微小裂纹。图图8外圈主推力滚道的疲劳剥离处的探伤外圈主推力滚道的疲劳剥离处的探伤连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例92）1#回转支承失效案例回转支承失效案例滚动体表面形貌滚动体表面形貌主推力滚道滚子主推力滚道滚子2 2工工作表面无明显的疲劳作表面无明显的疲劳剥离，仅有黑褐色斑剥离，仅有黑褐色斑迹和轻微的剥离迹和轻微的剥离反推力滚道表面形貌反推力滚道表面形貌图图8滚动体工作表面形貌滚动体工作表面形貌内外圈反推力滚道内外圈反推力滚道1 1、4 4工作表面无明显的疲工作表面无明显的疲劳剥离，仅有压痕和劳剥离，仅有压痕和轻微的剥离，无裂纹轻微的剥离，无裂纹 图图9反推

8、力滚道工作反推力滚道工作表面形貌表面形貌拉伤拉伤轻微剥离轻微剥离无裂纹无裂纹油沟边缘油沟边缘的剥离的剥离轻载荷区滚道表面完好轻载荷区滚道表面完好连铸钢包1台车大型回转支承失效案例102）1#回转支承失效案例回转支承失效案例 根据对根据对NO1#NO1#钢包回转支承的解体分析，钢包回转支承的解体分析，认为大型回转支承在重载荷低速状态下的主认为大型回转支承在重载荷低速状态下的主要失效形式是磨损，因此考虑对大型回转支要失效形式是磨损，因此考虑对大型回转支承在运行状态下实施承在运行状态下实施磨损油样检测和磨损量磨损油样检测和磨损量的检测的检测。磨磨损损油油样样的的检检测测连铸钢包连铸钢包1台车大型回转

9、支承失效案例油样分析台车大型回转支承失效案例油样分析 连续多年的铁谱油样分析与1#回转支承的失效分析结合，判断大型回转支承的失效状态、程度与油样分析的关系。112）1#回转支承失效案例回转支承失效案例取样日期取样日期NO1#大包回转轴承大包回转轴承NO2#大包回转轴承大包回转轴承样点样点1样点样点2样点样点3样点样点4平均值平均值样点样点1样点样点2样点样点3样点样点4平均值平均值2003.03.25872261281195850848198247269551157120014342003.07.031112435271055935947201339626483365295330932003.

10、11.244343883703023742004.07.06116610019779771030380332973925293634902005.02.014976707641147770338647352036460236902005.12.015595024765345181032289413160674872932006.12.274224643213914002482823688130572540121744表表1#、2#大包回转轴承润滑脂中的铁元素浓度（大包回转轴承润滑脂中的铁元素浓度（PPM）表表1表明：表明：NO2#回转支承的铁元素明显增大，回转支承的铁元素明显增大，轴承的磨损轴

11、承的磨损明显（明显（3.0倍）倍），而且大大超过，而且大大超过NO1#回转支承在回转支承在更换前的铁更换前的铁元素含量（元素含量（2.7倍）倍），NO1#及及NO2#回转支承的铁元素趋势回转支承的铁元素趋势见图见图17、18。NO2#油样中的典型的块状和条状磨粒形态见油样中的典型的块状和条状磨粒形态见图图19。连铸钢包1台车大型回转支承失效案例油样分析12Fe浓度浓度（PPM）2000400060008000030711030711030711030711MarJulNovMarJulNovMarJulNovMarJulNov1#轴承轴承更换前更换前更换稳定期更换稳定期磨合期磨合期NO1#NO

12、1#轴承更换后轴承更换后磨损趋向稳定磨损趋向稳定2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例连铸钢包1台车大型回转支承失效案例图图17 17 NO1#NO1#回转支承油样铁元素分析趋势图回转支承油样铁元素分析趋势图132）1#回转支承失效案例回转支承失效案例Fe浓度浓度（PPM）030711030711030711030711MarJulNovMarJulNovMarJulNovMarJulNov1000900060001700021000130002#轴承轴承磨损稳定期磨损稳定期磨损加剧磨损加剧NO2#NO2#轴承磨损轴承磨损加剧需要更换加剧需要更换图图18 18 NO2#NO2#回转支承油样铁

13、元素分析趋势图回转支承油样铁元素分析趋势图连铸钢包1台车大型回转支承失效案例142）1#回转支承失效案例回转支承失效案例元素种类元素种类含量含量/wt检测方法检测方法硅硅Si0.27ZJH5442006锰锰Mn0.83铬铬Cr0.72钼钼Mo0.13NO2#回转支承金属磨粒的化学成分的分析回转支承金属磨粒的化学成分的分析磨粒中有钼元素含量（磨粒中有钼元素含量（0.13）以及锰元素含量高达）以及锰元素含量高达0.83，说明轴承的磨损主要是轴承的内外套圈，而滚说明轴承的磨损主要是轴承的内外套圈，而滚动体磨损不明显。动体磨损不明显。回转支承零部件的成分回转支承零部件的成分NO2#NO2#轴承更换前磨

14、损分析及判断轴承更换前磨损分析及判断元素种类元素种类滚动体滚动体套圈套圈GCr15/wt42CrMo/wt%硅硅Si0.150.350.200.40锰锰Mn1.301.650.901.20铬铬Cr0.200.400.901.20钼钼Mo0.150.25连铸钢包1台车大型回转支承失效案例152）1#回转支承失效案例回转支承失效案例NO2#NO2#轴承更换前磨损分析及判断轴承更换前磨损分析及判断块状磨粒块状磨粒条状磨粒条状磨粒磨大小粒磨大小粒连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例图图19NO2#2006.12.27油样油样磨粒磨粒162）1#回转支承失效案例回转支承失效

15、案例分分析析与与综综合合评评论论大型回转支承轴承是大型设备的主要部件，其在大型回转支承轴承是大型设备的主要部件，其在正常使用情况下，使用寿命是很长的，正如案例中对正常使用情况下，使用寿命是很长的，正如案例中对使用使用14年的年的NO1#钢包回转支承（包括对已使用钢包回转支承（包括对已使用17年年尚未更换而准备更换尚未更换而准备更换NO2#的跟踪检测）的实物解体的跟踪检测）的实物解体分析一样，其正常的主要的损坏失效是；分析一样，其正常的主要的损坏失效是；主推力滚道的主载荷区域材料的正常疲劳剥离主推力滚道的主载荷区域材料的正常疲劳剥离（图（图20、21），），滚道面异物压伤是滚道剥落后轴承持续运滚

16、道面异物压伤是滚道剥落后轴承持续运转碾压剥落的金属屑形成的转碾压剥落的金属屑形成的。连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例172）1#回转支承失效案例回转支承失效案例 根据轴承的负荷和工作周期图及过钢量，按现行寿根据轴承的负荷和工作周期图及过钢量，按现行寿命计算方法，利用承载曲线图，计算出轴承的使用寿命计算方法，利用承载曲线图，计算出轴承的使用寿命为命为13.913.9年，约等于年，约等于1414年。年。轴承属正常疲劳失效。轴轴承属正常疲劳失效。轴承已达到预期寿命，不具备修复条件。承已达到预期寿命，不具备修复条件。根据油样分析根据油样分析NO2#NO2#回转支承的磨

17、损程度明显加剧，回转支承的磨损程度明显加剧，同时同时NO2#NO2#回转支承使用时间已达回转支承使用时间已达1717之久，远远超过其之久，远远超过其设计寿命，应缩短油样分析和磨损量检测周期，设计寿命，应缩短油样分析和磨损量检测周期，作更作更换准备。换准备。结结论论连铸钢包1台车大型回转支承失效案例182）1#回转支承失效案例回转支承失效案例图图20 20 NO1#NO1#回转支承主推力滚道疲劳剥离位置分布图回转支承主推力滚道疲劳剥离位置分布图连铸钢包1台车大型回转支承失效案例损伤区域192）1#回转支承失效案例回转支承失效案例磨磨损损量量的的检检测测为了更方便、更正确地检测回转支承轴承的磨损量

18、，为了更方便、更正确地检测回转支承轴承的磨损量，建议使用下列检测方法建议使用下列检测方法(不受固定检测点的影响不受固定检测点的影响)：（1）以回转支承轴承工作状态时的最大倾覆力矩处定）以回转支承轴承工作状态时的最大倾覆力矩处定为为“A”（转动部件）和（转动部件）和“1”（不转动部件）（不转动部件），然后在圆周每，然后在圆周每90设定为设定为B、C、D和和2、3、4。（2）检测）检测A1和和C3距离距离X1、X2，计算：（计算：（X2X1)/2=1（图图21b）（1+2)/2=连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例202）1#回转支承失效案例回转支承失效案例磨磨损损量

19、量的的检检测测的的注注意意点点检测点应在回转支承轴承的最大倾覆力矩处；检测点应在回转支承轴承的最大倾覆力矩处；检测点应尽量靠近固定不转动部位，检测点在检测点应尽量靠近固定不转动部位，检测点在整个回转支承轴承的使用周期在不要变动；整个回转支承轴承的使用周期在不要变动；磨损量的检测需要数据的积累，因此必须累计磨损量的检测需要数据的积累，因此必须累计检测，建议；回转支承轴承安装后必须检测检测，建议；回转支承轴承安装后必须检测“X”的距离，然后每一年检测一次、三年后每的距离，然后每一年检测一次、三年后每半年检测一次，以后可以根据回转支承轴承的半年检测一次，以后可以根据回转支承轴承的运行状态确定检测周期

20、。运行状态确定检测周期。连铸钢包1台车大型回转支承失效案例212）1#回转支承失效案例回转支承失效案例倾覆力矩最倾覆力矩最大点大点倾覆力矩最大点倾覆力矩最大点的的180对称点对称点134C（A）D（B）A（C）连铸钢包1台车大型回转支承失效案例A、B、C、D回转部位记回转部位记号；号；1、2、3、4固定不转动固定不转动部位记号；部位记号；（D）B222）1#回转支承失效案例回转支承失效案例XX1X2X4X4（X2X1)/2=1（X4X3)/2=2（1+2)/2=磨磨损损的的检测方法检测方法图图21磨损量的检测方法磨损量的检测方法AA1C1C33连铸钢包1台车大型回转支承失效案例232-1)2#

21、回转支承失效案回转支承失效案例例内圈主推力滚道面内圈主推力滚道面“S”为中心的长度为为中心的长度为1700mm的疲劳剥离区域的疲劳剥离区域最大的疲劳片：长度为最大的疲劳片：长度为110mm、宽度为；宽度为；60mm、深度：深度：2mm左右。左右。（比（比1#轴承严重）轴承严重）S连铸钢包2台车大型回转支承失效案例242-1)2#回转支承失效案例回转支承失效案例内圈主推力滚道面内圈主推力滚道面S“S”为中心的长度为为中心的长度为1700mm的疲劳剥离区域的疲劳剥离区域连铸钢包连铸钢包2台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例252-1)2#回转支承失效案例回转支承失效案例S受钢側受钢側S側側空包返回空包返回浇钢側浇钢側满钢满钢移动移动内圈主推力内圈主推力滚道面滚道面连铸钢包2台车大型回转支承失效案例262-1)2#回转支承失效案例回转支承失效案例外圈推力滚道外圈推力滚道外圈径向滚道外圈径向滚道连铸钢包2台车大型回转支承失效案例