货车滚动轴承外圈剥离故障浅析

呼军

中图分類号：U279.3 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）12-0-01

滚动轴承是车辆轮轴的重要部件，滚动轴承运行品质的好坏直接关系到车辆的运行安全，因此确定滚动轴承故障仍成为影响铁路运输畅通和安全生产的关键因素。如何科学地检查验收滚动轴承，减少货车运用中途甩车，防止燃轴、切轴事故的发生是段修验收部门的重要公关课题。

一、滚动轴承外圈剥离故障产生的原因分析：

1.材质不良

如果轴承外圈存在材质不良等缺陷，车辆运行中由于轴承外圈与承载鞍为动配合状态，轴承外圈与承载鞍在一定条件下不均匀蠕动或一般条件下不动，承载鞍相对固定的扣在轴承外圈上面，从金属材料的破坏理论分析，裂纹、剥离是从材料受力最大的部位萌生，或者在材料受力相同的情况下，从材料强度最薄弱处产生。根据车辆重量传到顺序：车体（枕梁）——心盘——摇枕——枕簧——侧架、（承载鞍）——轴承——车轮——钢轨。所以，轴承上部与承载鞍接触圆弧面部分受压力最大，轴承外圈滚道上部长时间在循环转动过程中承受交变应力，而轴承滚子与外圈滚道的接触为线接触，接触线上的压力非常大，轴承在经过长期运转后，特别是经过大修后的轴承，如果轴承外圈存在材质不良问题，可能会在材质不良处发生材质疲劳，继而形成局部剥离或其他故障。

常用生产货车滚动轴承的钢材G20CrNi2MoA渗碳钢是亚共析钢；GCr15轴承钢是过共析钢，钢材的冶金质量决定轴承钢的质量。其中冶金的两个主要因素是非金属夹杂物和碳化物的均匀性与基体强度，它们是影响轴承寿命的重要因素。

1.1夹杂物

a.内生夹杂物：主要是冶炼过程中脱氧反应的产物，尺寸较小，大部分上浮进入渣中，尚有少部分来不及上浮而残留在钢中。其次，钢液在凝固过程中由于温度降低，氧和硫在钢液中溶解度降低，因而不断从钢中析出氧化物和硫化物，这些不利物称内生夹杂物。

b.外来夹杂物：主要是冶炼和浇注过程中从原料带入钢液中的夹杂物，尺寸较大， 如矿石中的脉石，废钢表面的泥砂和铁锈；炉体、钢包、出钢槽等内壁剥蚀下来的耐火材料；钢液混出造成的混渣；出钢和浇注时钢液二次氧化等外来原因形成的夹杂物，这些均为外来夹杂物。如果钢中含有非金属夹杂物，就可能造成材质不良，形成轴承剥离故障。

1.2碳化物的均匀性

碳化物分布及颗粒大小的不均匀性可以视作一种缺陷，碳化物和马氏体界面易引起应力集中，成为裂纹的发源地。轴承钢淬火后的组织状态直接影响轴承的疲劳寿命。能否获得良好的淬火回火组织是与钢厂所提供的退火钢材中碳化物的均匀程度有很大关系。因此，为提高轴承钢的疲劳寿命，不仅需要严格控制钢中的非金属夹杂物，而且要重视改善碳化物的不均匀性。

1.3锻造温度对材质的影响

G20CrNi2MoA渗碳钢是亚共析钢，始锻温度为12450C；GCr15轴承钢是过共析钢，其始锻温度一般定为1050-11000C。钢料加热超过一定温度时，奥氏体晶粒急剧长大，使机械性能降低，严重时，形成过烧。有的过热缺陷可用二次锻造或调质、正火来消除；有的则具有顽固性质，不能用热处理来消除。钢料加热温度更高时，高温的金属被炉中的氧或其他氧化性气体渗透到晶粒之间，与铁、碳、硫等作用，形成了易熔的氧化物的共晶体，它破坏了晶粒之间的联系，大大降低了金属的强度；即使未形成共晶体，也会在晶粒周围形成脆壳，削弱晶粒间的联系，这种金属在锻造时一打就会破碎，其断面晶粒粗大，呈浅灰蓝色，这称之为金属过烧，过烧的金属无法挽救。只有严格控制炉温，并不使钢料在高温区的停留时间过长，高质量的锻件才能保证合格的轴承钢。

2.轴承其它故障的延伸

2.1麻点、零件表面呈分散或群集状的细小坑点

麻点多为引发剥离故障的源头，是微观或小的剥离。轴承在承重高速运转中，麻点处造成材质薄弱环节，当轴承转动时滚子与外圈为线接触，延麻点处边缘部形成剪切应力，而该处边缘由于工况不良，有时切断油膜并夹带有剥离下来的金属物散布在周围，使麻点进一步扩展，使轴承产生高温高热，有的会产生甩油、缺油，由于麻点的逐渐扩展造成滚子与外圈线接触的面积变小，接触面压强及应力增大，促使接触面再变小，接触面压强及应力再增大的多次循环，促使故障逐步发展就可能形成热轴—缺油—剥离等。

2.2油脂故障

油脂具有机械安定性、胶体安定性、防腐性、氧化安定性、极压抗磨性等特性，其分子有顽强的承压能力、抗磨能力和聚合粘着能力。轴承滚子与滚道的正常作用不能破坏油膜，也就是油膜将滚子和滚道隔离开来，保护滚动面间、滚动体和保持架间、套圈挡边和滚子间产生的摩擦，同时将运转热散布到轴承整体，起到散热作用。油脂故障分为缺油和油脂过盈2种，2种故障的外向特征明显。缺油时，轴承转动轻松，严重缺油者，转动时明显听到滚子均匀下落的声音，由于滚道、滚子缺乏油膜润滑形成摩擦热。缺油多发生在装车使用的2年以上的轴承上。对这类故障严重时由于轴承缺乏油脂润滑，在滚道与滚子没有或缺少油膜保护造成轴承干摩擦，可形成轴承高温或热轴，使轴承钢品质下降，继而产生剥离或其它轴承故障。轴承如果在制造、检修时注油量过大，装车使用后会因油脂过盈而产生较高运转热，可能造成甩油。轴承因缺乏油脂润滑也可形成热轴、剥离或其它轴承故障。

2.3密封罩、油封松动脱出

由于近年来轴承生产厂范围扩大，部分轴承厂技术保障能力不够，生产的轴承不能适应列车提速后的要求，牙口和密封罩配合过盈量产生误差大，轴承装车后经过高速剧烈振动，极易发生密封罩、油封等轴承附件松动甚至脱出，轴承就会产生甩油、缺油、混沙混水、油脂变质，继而发生高热形成剥离。

3.车辆超载、偏载

车辆在运用过程中会出现超载、偏载，使轴承承受太大负荷，产生应力集中现象，在轴承内、外圈轨道面上或滚子上的薄弱部位，因负担载荷的超载，承担非正常条件下循环应力，即可能造成材质疲劳，产生麻点或剥离故障。endprint

4.輪对踏面擦伤

车辆轮对踏面擦伤，运行时以较高的频率对轴承进行动载荷冲击，其冲击载荷及破坏力是相当大的，根据有关资料介绍，如依车辆运行速度80kmm/h，扁疤长8cm车轮所承受的冲击力是正常力的4.5倍，这就使轮对产生裂纹、轴承配件损坏的可能性增大。造成轴承内最薄弱的部位产生应力，轴承零件因材质疲劳而形成剥离、断裂等故障。

二、防范措施及建议

1.加强定检系统检修标准化作业

外观检查轴承时，在对轴承进行听、摸、看检查的基础上，对有疑问的故障要抓住“捻、转、诊、鉴”这几个环节，认真分析判断，检查发现异音轴承时应即时退卸检修，绝对不能存在侥幸心理和马虎思想，严格执行《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》及检修工艺，加强滚动轴承检修的清洗、检测、压装过程控制，从严掌握检修限度。

2.加强对高风险岗位、高风险设备的控制与管理

认真贯彻铁道部运辆货车函〔2012〕92号关于印发《全面提高铁路货车轮轴造修及运用质量措施》的通知和上级文件精神，结合安全风险管理，加强对高风险岗位、高风险设备的控制与管理，增强检修人员责任感和风险意识，提高检修人员的业务素质和安全风险管理识别和研判能力，实现在过程中控制安全风险，达到岗位作业标准化、管理规范化的目标。

3.消除踏面故障

当前运用货车车轮踏面擦伤等故障主要由车辆制动机性能不良、列车空重混编、不同制动机混编、司机的操纵、调车作业中的铁鞋制动、施修不及时等原因形成。因此，应提高机车乘务员的素质、车辆统一采用120阀、改善调车作业中的制动方式。同时要注意加强车轮踏面技术状态的检查，对轮对擦伤过限车及时扣修，积极处理制动故障。在车辆装用过程中不许超载、偏载，严格执行有关货物装运规定。

4.改进工艺，提高轴承制造和大修质量

提高轴承钢冶炼、锻造工艺，把好轴承制造源头关，为生产轴承提供合格钢材，杜绝夹杂钢材和碳化物不均匀钢材的使用，禁止锻造过程的过烧现象发生。各轴承造修单位要加强对新品密封装置的尺寸及外观检查。密封罩壁厚尺寸等必须符合图样要求， 352226X2-2RZ型轴承外油封压入密封罩后全数检验密封罩牙口配合面变动量，单一径向平面内直径变动量不应超过0.15mm。保证轴承牙口的加工质量，各轴承新造单位必须保证轴承牙口部位的加工质量，保证轴承牙口部位符合图样要求。严格控制轴承密封装置组装质量，轴承造修单位要对轴承外圈牙口配合面尺寸与密封罩配合面逐个检测，选配组装。轴承使用单位认真组织复验，严格控制产品源头质量，把好新造、大修轴承入段（厂）质量关。

参考文献

[1]《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》中国铁道出版社.2016年endprint