基于轴承润滑脂元素含量分析的轴承运行状态可行性研究

俞继瑶，杨喜军，牛丽丽，邢珲珲，文 婧

（洛阳LYC 轴承有限公司，河南 洛阳 471039）

0 引言

轴承润滑脂作为轴承的重要组成部分之一，被称为除内圈、外圈、滚动体外的第五大部件，具有润滑、冷却、清洗、密封、减震降噪、卸荷以及防锈保护的作用，能够防止轴承在运转过程的磨损摩擦，降低摩擦系数，减少摩擦阻力，维持轴承的平稳工作，而且润滑脂本身有良好的传热和散热作用，能够及时排除轴承运转过程中产生的热量，确保轴承保持正常的温度，避免轴承提前老化，延长轴承的使用寿命，轴承运转过程中产生的滚道磨削物以及外界环境中产生的浮尘、沙石、有害物质等会随着轴承的转动被包裹在轴承润滑脂中[1]，本文通过X-Supreme 8000 荧光元素分析仪对润滑脂进行元素含量分析的方法研究润滑脂内部杂质构成，以及产生原因，并通过对不同杂质的元素含量的具体情况说明通过润滑脂元素含量分析轴承运行状态的可行性。

1 轴承润滑脂中金属元素含量分析

轴承润滑脂中的金属元素多为轴承内部磨损产生，通常为银白色金属亮片，有磁性，使用X-Supreme 8000 荧光元素分析仪能够分析轴承润滑脂中金属元素十余种，包括Ca（钙）、Ti（钛）、V（钒）、Cr（铬）、Mn（锰）、Fe（铁）、Co（钴）、Ni（镍）、Cu（铜）、Zn（锌）、Br（溴）、Mo（钼）、Hg（汞）、Pb（铅）等，但轴承的使用环境不筒可能会带来外界的金属，轴承的材料一般采用轴承钢，常见的轴承钢种有GCr15、GCr18Mo 等，GCr15中金属元素主要为Fe，其他元素含量为C［w（C）=0.95～1.05］、Si［w（Si）=0.15～0.35］、Mn［w（Mn）＝0.25～0.45］、Cr［w（Cr）＝1.40～1.65］、Mo［w（Mo）≤0.10）］，GCr18Mo 的其他元素含量为C［w（C）=0.95～1.05］、Si［w（Si）=0.20～0.40］、Mn［w（Mn）＝0.25～0.40］、Cr［w（Cr）＝1.65～1.95］、Mo［w（Mo）＝0.15～0.25］，由此可知，不同的轴承钢种元素含量不同，通过对轴承润滑脂中的金属元素Fe、Mn、Cr、Mo 进行元素含量分析，不仅可以判断轴承钢的所属类别，更能从分析结果中Fe、Mn、Cr、Mo 的含量看出轴承的磨损量，将同样的两套轴承，其中一套轴承由于安装的原因有大块剥落物，另一套轴承正常，在同样条件下运行720 h进行对比试验，其中有剥落物的轴承内部润滑脂的几种主要元素含量是另一套轴承的几倍，通过测试磨损严重的轴承，其润滑脂内部w（Fe）基本在0.3%以上，失效轴承润滑脂内部w（Fe）基本在1.0%以上，而正常运行磨损量少的w（Fe）在0～0.02%之间，其他如Mn、Cr、Mo 的含量也会等比例减少，通过以上试验通过分析轴承润滑脂金属元素的分析初步判定轴承的使用时间以及运行状态是否正常，如遇异常情况能够及时排除，从而达到延长轴承使用寿命的目的。

轴承润滑脂中的金属元素来源主要包括轴承内部产生和外部环境侵入两种，外部环境侵入金属元素包括Ti、V、Co、Ni、Zn、Hg、Pb 等元素，它们的存在会加速润滑脂的变质引起润滑脂变黑、稠度降低、润滑效果变差，除此之外，粒径大、硬度高的金属元素会加剧轴承的磨损，引起轴承滚道产生剥落物，使轴承内部局部温升以及内部异响，影响轴承正常的运行状态，甚至造成轴承失效，因此，通过对轴承内部金属元素含量分析的方法排除外界环境的影响，减少轴承的摩擦磨损，保持轴承的运行状态正常，防止润滑脂变质和轴承失效。

通过对轴承润滑脂中主要金属元素含量进行对比分析轴承的磨损程度，并推断轴承能否持续正常运行，当轴承内部出现异响、异常温升等情况时，通过从轴承内部提取润滑脂对其中的Fe、Mn、Cr、Mo 等金属元素含量分析结果初步判断磨损是轴承本身材料原因、装配游隙等造成的还是由于外界颗粒物侵入引起的轴承磨损加剧，对正常运行的轴承通过对其内部的金属元素含量分析轴承的运行状态是否良好，是否需要进行维护，保证轴承的持续平稳运行，减少轴承摩擦磨损，延长轴承的使用寿命。

2 轴承润滑脂中非金属元素含量分析

轴承润滑脂中的非金属元素多来源于润滑脂自身的基础油以及添加剂，因此S、P 的占比较高，环境中存在的一些非金属的杂质，如无机盐颗粒、木质纤维、悬浮尘、胶状物等，其中无机盐颗粒如沙石对轴承运行状态产生较大影响，因沙石的结构多为硅酸盐结晶，具有很高的硬度，当其粒径较大，易加剧轴承滚道磨损[2]，引起滚道金属物剥落，影响轴承的正常运行，严重时造成轴承失效，因此，通过对润滑脂进行元素分析，判断润滑脂中是否混入无机盐结晶，对轴承持续正常运行有重要作用。

当轴承润滑脂中混入沙石时，砂石的主要成分为SiO2，通过对润滑脂中的Si 含量对比分析，能够初步判断轴承中是否混入沙石颗粒，同时提取用润滑脂和混入沙石颗粒的润滑脂样品10 g 通过X-Supreme 8000 荧光元素分析仪进行元素含量分析，其非金属元素含量如表1 所示，对润滑脂中的主要非金属Si、P、S、Cl 进行分析发现混入沙石颗粒的润滑脂Si 含量较新脂超过一倍以上而P、S、Cl 的含量增加较少，由于轴承本身的材料中不含Si,排除润滑脂中本身含有的Si，新增的Si 元素含量基本为外界环境带入，如果轴承运行出现异常状态，如局部温升、异响等，可及时采取措施减少外界环境因素的干扰，使轴承能够正常运行。

表1 轴承润滑脂非金属元素含量对比 单位：mg/kg

轴承中的零部件除了内圈、外圈、滚动体外还包括密封圈、油封其材料主要由橡胶制成，含有的非金属元素比较多，轴承的密封圈以及油封多数为丁腈橡胶所制，丁腈橡胶经过硫化处理后胶体富有弹性，不易变形，更耐老化，如果轴承中的密封圈以及油封上的橡胶发生剥落会受到轴承内部颗粒滚动摩擦产生的高温而熔融成球状，并且由于其自身具有一定的弹性，为胶联结构，随着轴承的转动被包裹在润滑脂中不易成为更小的颗粒，对轴承的正常运行造成影响，密封圈、油封、尼龙保持架由于轴承长时间的转动部分材料出现剥离或者局部结构破坏，引起轴承出现密封不严产生润滑脂流失，外界沙石、浮尘等进入润滑脂内部，加剧润滑脂的摩擦磨损，减少润滑脂的使用寿命，对轴承润滑脂中非金属元素进行含量分析，特别是S 含量，为润滑脂中是否有含S 的橡胶物，橡胶物是否来源与轴承密封圈以及油封提供依据，为进一步验证润滑脂中混入密封圈、油封上橡胶材料S 含量的变化，同时取未使用润滑脂以及内部含有橡胶颗粒的润滑脂进行对比试验，试验结果见表2，由表2 可知，内部含有橡胶颗粒的的S 含量明显增加，说明通过润滑脂中S 含量的变化分析密封圈、油封是否存在剥离和结构破坏是可行的，当然需要进一步对润滑脂用溶剂溶解、过滤后，对过滤后杂质在显微镜下观察形貌，对分离出的杂质做元素分析来定性该杂质颗粒否来源于密封圈、油封。

表2 轴承润滑脂S 含量对比 单位：mg/kg

3 结语

通过以上论述，对润滑脂中金属元素、非金属元素进行分析判断轴承的运行状态是可行的，需要建立数据库对润滑脂中各元素含量进行归纳分析，当轴承内部出现局部温升、异响的异常情况，对比润滑脂元素含量数据分析异常运行的原因，对正常运行的轴承通过润滑脂元素含量分析轴承的磨损程度，如磨损量较大可采取措施保障轴承正常运行，提高轴承使用寿命。