Изменение микроструктуры подшипниковой стали при контактной усталости качения
Деградация материала является основной причиной выхода из строя подшипников качения. Лучший способ предсказать выход из строя подшипника — это иметь глубокое понимание механизмов деградации материала. Это не только помогает выбрать лучшую сталь и процесс термообработки для конкретного применения для достижения желаемых характеристик подшипника, но также позволяет более точно прогнозировать оставшийся срок службы подшипника.
Контакт качения дорожки качения подшипника создает циркуляционное напряжение, которое распространяется от поверхности к подповерхностной области. Если циклическое напряжение превышает локальный предел прочности материала, микроструктура будет повреждена или деградирована, а поверхность дорожки качения может в конечном итоге отслаиваться из-за усталости контакта качения.
В условиях плохого смазывания (коэффициент вязкости κ<1) контакт металла с металлом на шероховатых поверхностях вызывает высокое поверхностное напряжение. Даже поверхностное сцепление, вызванное небольшим скольжением контактной поверхности, приводит к более высокому поверхностному напряжению. Это напряжение может привести к усталостному повреждению поверхности, которое обычно проявляется в виде микровыкрашивания или питтинга.
При хороших условиях смазки (κ > 2) Для вращающихся подшипников с вращением максимальное напряжение сдвига возникает на определенной глубине ниже поверхности дорожки качения. Циклическое напряжение сдвига, возникающее в результате контакта качения, может вызвать усталостное повреждение и, в конечном итоге, привести к выкрашиванию дорожек качения под поверхностью (рис. 1). В условиях контактной усталости качения могут происходить два типа деградации материала. Если максимальное контактное напряжение превышает определенный предел (называемый пределом упругой устойчивости), в подповерхностной области материала возникает прогрессирующее пластическое течение, вызывающее прогрессирующие изменения микроструктуры, которые в конечном итоге приводят к выкрашиванию дорожек качения.
Однако, когда контактное напряжение ниже предела упругой устойчивости, локальные повреждения (в зависимости от условий локального напряжения) все еще могут развиваться из-за дефектов материала, таких как неметаллические включения, из-за эффектов концентрации напряжений. Этот тип повреждения имеет то, что известно как повреждение бабочки, при котором зарождение одиночной или множественной трещины происходит из включения или поры. Распространение трещин сопровождается появлением участков белого травления. При определенных условиях расширение вторичных поверхностных трещин также может привести к выкрашиванию поверхности дорожек качения.
Местное усталостное повреждение, вызванное дефектами материала подшипниковой стали, обсуждалось в предыдущих статьях [Ссылка 1]. Эти типы усталостных повреждений тесно связаны с подшипниками качения больших и средних размеров. Основываясь на недавнем обзорном документе [Ссылка 2], опубликованном авторами, эта статья призвана обобщить опубликованные в литературе исследования по изменению микроструктуры подшипниковой стали, т.е. крупномасштабной деградации материала при контактной усталости качения. Последний тип деградации материала тесно связан с подшипниками малого и среднего размера, работающими при более высоких контактных давлениях.
