Typická rozsáhlá síť bíle naleptaných trhlin ve velkém soudečkovém ložisku.

Bíle naleptané trhliny

Ložiska představují kritické součásti strojů, které přenášejí zatížení a pohyb. Neustále rostoucí nároky na hustotu výkonu moderních zařízení kladou zvýšené požadavky
na únosnost a spolehlivost ložisek.

Autoři:
Kenred Stadler, programový manažer, SKF GmbH, Schweinfurt, Německo;
Reinder H. Vegter, vedoucí skupiny pro modelování únavy materiálu ve výzkumném a vývojovém centru SKF Engineering & Research Centre, Nieuwegein, Nizozemsko
David Vaes, aplikační inženýr, SKF NV/SA, Brusel, Belgie

Výzkum & teorie

V současné době selže ložisko v důsledku únavy v místě valivého styku zpravidla jen zřídka. Dosažená konečná provozní trvanlivost ložisek je většinou mnohem delší než výpočtová trvanlivost. V některých případech však dochází v určitých uloženích k předčasnému selhání ložisek po dosažení 5 až 10 % výpočtové trvanlivosti.

Ložiska předčasně havarují převážně ve velmi krátkých intervalech po sobě – tzn. ve Weibullově rozdělení má odpovídající přímka velkou strmost v porovnání s přímkou, která představuje normální únavové poškození v místě valivého styku (obr. 2).

Charakteristickou vlastností mnoha případů selhání je rozsáhlá síť podpovrchových trhlin, které mají vzhled „bílého naleptání“ – běžně se nazývají bíle naleptané trhliny (WEC) (obr. 1). Tyto trhliny se typicky šíří směrem k povrchu a způsobují odlupování na oběžné dráze. Takové poškození se běžně projevuje u ložisek vrácených z provozu, která pracovala v uloženích, např. převodovek větrných turbín [1], hnacích soustav vozidel, alternátorů a periferních pomocných zařízení [2][3], papírenských strojů a lodních pohonů [4]. Některé typické příklady ukazuje obr. 3. Prvotní příčina tohoto selhání představuje ústřední téma intenzivních diskuzí již téměř 15 let. Jejich výsledkem jsou nejrůznější hypotézy vytvořené na základě zkoumání tohoto jevu z různých úhlů. Podrobný přehled a analýzu jednotlivých hypotéz podává [5][6]. Zkoumání předčasného selhání ložisek z různých hledisek, které proběhlo v minulých desetiletích, umožnilo lépe porozumět specifickým aspektům problému. Hlavní hráči v oblasti analýzy selhání ložisek se však doposud neshodli na prvotní příčině a mechanismu průběhu selhání.

Obr. 1: Typická rozsáhlá síť bíle naleptaných trhlin ve velkém soudečkovém ložisku.

Obr. 1: Typická rozsáhlá síť bíle naleptaných trhlin ve velkém soudečkovém ložisku.

V uplynulých čtyřech letech SKF zintenzivnila studium, zkoumání a výzkum jevu WEC, aby objasnila jeho souvislost s únavovým poškozením v místě valivého styku a zrychleným únavovým opotřebením (předčasným odlupováním materiálu v ložiskách). K řešení této otázky, jíž se nadále věnují vědci z oboru vlastností materiálu, přispěla SKF svými poznatky, které silně podporují teorii, že WEC vznikají na konci řetězce jednotlivých selhání a představují přirozený důsledek sítě trhlin v předčasně havarovaných ložiskách. Bíle naleptané trhliny jsou považovány spíše za symptom než za prvotní příčinu únavového selhání. Tento článek představuje většinový názor, na němž se shodli odborníci v SKF při posuzování předčasného selhání ložisek a bíle naleptaných trhlin. Článek rovněž uvádí návrh definice bíle naleptaných trhlin, pojednává o příčinách jejich vzniku a navrhuje schéma všech příčin selhání, které vedou ke vzniku WEC.

Weibullovo rozdělení havarovaných ložisek, červená přímka

Obr. 2: Weibullovo rozdělení havarovaných ložisek, červená přímka: typické předčasné selhání; modrá přímka: strmost odpovídající normálnímu únavovému poškození v místě valivého styku při testování.

Bíle naleptané trhliny (WEC)

Bíle naleptané trhliny jsou trhliny v mikrostruktuře ložiskové oceli, které jsou obklopeny bíle naleptanými oblastmi (WEA). Bílé naleptání označuje bílý vzhled změněné mikrostruktury vzorku leštěné a leptané oceli. Postižené oblasti jsou tvořeny ultrajemným, nanorekrystalizovaným feritem bez obsahu karbidu, případně feritem s velmi jemným rozložením částic karbidu. Bíle naleptané oblasti vznikají amorfizací v důsledku tření na čelech trhliny při převalování valivého tělesa. Tyto oblasti mají v optickém mikroskopu bílou barvu v důsledku nízké citlivosti na leptadlo. Bíle naleptané oblasti kolem trhlin jsou o 10–50 % tvrdší než okolní nepostižená mikrostruktura.

Příčiny vzniku bíle naleptaných trhlin

Bíle naleptané trhliny při únavovém poškození v místě valivého styku

Je známé, že malá ložiska, na která za provozu působí dlouhodobě vysoká zatížení, procházejí několika stádii únavového poškození až do úplného selhání (velmi vysoké cyklické únavové namáhání) [7]. Prvním stádiem je „sesednutí“, které způsobí mikroplastickou deformaci, mechanické zpevnění a nakonec vznik zbytkového napětí. V průběhu sesednutí může rovněž docházet na povrchu ložiska k určité mikroplastické deformaci, kdy jsou vrcholky nerovností zploštěny. Sesednutím začíná běžet hlavní část trvanlivosti ložiska, pro níž jsou charakteristické postupné změny mikrostruktury [8]. V tomto stádiu se mění rozložení karbidů vlivem mikroplastické deformace [9][10]. Rovněž se může rozkládat zbytkový austenit. Veškeré změny mikrostruktury jsou doprovázeny vznikem zbytkových napětí. V pokročilém stádiu únavového poškození v místě valivého styku se mohou objevit tmavě naleptané oblasti (DER) i bíle naleptané oblasti, pásy trhlin s velkým sklonem (HABs) a pásy trhlin s malým sklonem (LABs) (obr. 4 vlevo). Ačkoli HABs a LABs jsou rovněž bíle naleptané oblasti, mají jiný vzhled ve srovnání s nepravidelným průběhem bíle naleptaných trhlin zjištěným v předčasně havarovaných ložiskách. To ukazuje, že nepravidelný průběh WEC není součástí únavového poškození v místě valivého styku (RCF). Mikrostruktura těchto bíle naleptaných oblastí se však výrazně neliší z hlediska krystalické struktury od bíle naleptaných oblastí zjištěných v ložiskách, která předčasně selhala.

Některé typické příklady případů předčasného selhání ložisek namontovaných

Obr. 3: Některé typické příklady případů předčasného selhání ložisek namontovaných v (a) papírenských strojích, (b) kompresorech, (c) nízkootáčkových a (d) vysokootáčkových stupních převodovky větrné turbíny.

Ve středně velkých a velkých ložiskách se nemusejí nutně vyskytovat stejné jevy (které jsou popisovány výše) jako v malých a vysoce zatížených ložiskách. Stejně jako v případě ostatních mechanických dílů také u těchto ložisek typicky dochází k selhání z důvodů porušení nejslabšího článku (např. vady materiálu – vměstky, porozita apod.). Jak je uvedeno v ISO/TR 1281-2:2008, mezní únavové zatížení klesá s velikostí ložiska u ložisek se středním průměrem větším než 100 mm. Pokud navíc porovnáme vliv tlaku v místě styku na menší a větší ložiska, objem vystavený působení napětí se u velkých ložisek zvětšuje stejně jako negativní vlivy slabých článků. Jedním příkladem jsou vměstky, které tvoří přirozenou součást všech ložiskových ocelí [11]. Další důležitý faktor představuje samotný tlak v místě styku; v příkladu na obr. 4, který ukazuje pásy trhlin s malým a velkým sklonem, je tlak v místě styku poměrně vysoký (> 3,2 GPa). V mnoha středně velkých až velkých ložiskách je působící tlak v místě styku podstatně nižší než 3 GPa. To znamená, že únavové zatížení se nachází v jiném režimu, a tedy způsobí méně rozsáhlé poškození a spíše vyvolá poškození lokálnějšího rázu v okolí nekovových vměstků.

WEC a tmavě naleptané oblasti byly zjištěny v ložiskách s únavovým poškozením v místě valivého styku již v sedmdesátých letech [12], resp. v osmdesátých letech také v SKF [13]. Následné prohlídky středně velkých až velkých ložisek, která předčasně selhala (buď při velmi zrychlených testech trvanlivosti, nebo při standardních únavových zkouškách) potvrdily, že výskyt rozsáhlých nepravidelných sítí bíle naleptaných trhlin je přirozeným vedlejším produktem v ložiskách s únavovým poškozením v místě valivého styku (obr. 4 vpravo).

Vlevo: Tmavě naleptané oblasti (DER), pásy trhlin s velkým sklonem (HAB) a pásy trhlin s malým sklonem (LAB) v kuličkových ložiskách. Vpravo: Bíle naleptané trhliny zjištěné ve velkém kuželíkovém ložisku při únavové zkoušce.

Obr. 4: Vlevo: Tmavě naleptané oblasti (DER), pásy trhlin s velkým sklonem (HAB) a pásy trhlin s malým sklonem (LAB) v kuličkových ložiskách. Vpravo: Bíle naleptané trhliny zjištěné ve velkém kuželíkovém ložisku při únavové zkoušce.

WEC při zrychlené únavě (předčasné odlupování)

Rozdíl mezi předčasným odlupováním (v průmyslu běžně označovaném jako selhání způsobené WEC) a normálním únavovým poškozením v místě valivého styku spočívá v tom, za jak dlouho dojde k jednotlivým událostem, než se začne materiál odlupovat (obr. 5). Navíc ve srovnání s únavovými zkouškami nebo normálním únavovým poškozením v místě valivého styku často souvisejí případy předčasného selhání se vznikem trhlin na několika místech/v několika oblastech, jak odhalila analýza průběhu selhání ložiska.

Trhliny mohou vznikat v ložiskové oceli z různých důvodů a jejich vznik mohou urychlit v případě působení vyšších napětí nebo nižší pevnosti vlivy okolního prostředí (obr. 6).

Napětí, která působí na ložiska, mohou být vyšší než předpokládaná. Příklady takových situací:

  • Krátkodobé vysoké zatížení může být způsobeno neočekávanými dynamickými nebo teplotními vlivy, které vyvolají vysoké předpětí, strukturální deformace, hranové zatížení atd.
  • Strukturální napětí v materiálu ložiska (způsobené např. odchylkami tvaru, nesouosostí či jinými faktory) zvyšuje namáhání materiálu [14].
  • Zvýšená napětí v oběžných drahách mohou být rovněž způsobena náročnými tribologickými podmínkami v místě styku (např. malou tloušťkou mazivového filmu a/nebo prokluzováním) v kombinaci s určitými mazivy [15].
Zjednodušený řetězec událostí, který vede ke vzniku bíle naleptaných trhlin.

Obr. 5: Zjednodušený řetězec událostí, který vede ke vzniku bíle naleptaných trhlin.

Pevnost materiálu ložiska může být nepříznivě ovlivněna okolními vlivy, které mohou podle předpokladů podporovat vývin vodíku [16]. Tyto vlivy mohou zahrnovat:

  • kontaminace vodou
  • koroze [17] a
  • bludné proudy

V těchto případech může poměrně nízké zatížení způsobit předčasné selhání. Zjištěné příčiny, které vyvolávají zrychlenou únavu a jež souvisejí jak s vyššími napětími, tak s nižší pevností materiálu, ověřila SKF speciálně navrženými testy ložisek.

Obr. 6: Výskyt bíle naleptaných trhlin (zjednodušené schéma) v ložiskách

Obr. 6: Výskyt bíle naleptaných trhlin (zjednodušené schéma) v ložiskách

Jakmile vzniknou zárodky trhliny (v některých případech souvisejí s výskytem tmavě naleptaných oblastí (DER)), tření na čelech trhliny [18]–[22] má za následek přenos materiálu z jedné strany trhliny na druhou. Výsledkem je meandrovitá trhlina s bíle naleptanou mikrostrukturou na straně trhliny, na níž je přenesen materiál.

Vývoj bíle naleptané oblasti rovněž závisí na orientaci trhliny pod povrchem, což může souviset s působícími vnitřními silami a deformačními módy. Z toho důvodu se bíle naleptané oblasti (WEA) častěji vyskytují v horizontálních trhlinách (rovnoběžných s oběžnou dráhou), zatímco ve vertikálních částech trhlin se vyskytují méně často (obr. 7). Vznik WEA dále závisí na prostoru mezi čely trhliny, počtu zatěžovacích cyklů a vnitřním napětí v materiálu.

Bíle naleptané oblasti v podpovrchové trhlině vlastního ložiska testovaného v SKF

Obr. 7: Bíle naleptané oblasti v podpovrchové trhlině vlastního ložiska testovaného v SKF (test ložiska s díly nasycenými vodíkem).

Příklady vzniku WEC vyvolaných vyššími napětími

Obr. 8, 9 a 10 ukazují dva příklady vzniku WEC vyvolaných působením napětí. Výsledky zachycené na obr. 8 a 9 byly zjištěny na zařízení pro zkoušení ložisek. Zařízení bylo upraveno tak, aby vlivem vlnitosti uměle vyvolalo strukturní napětí nebo strukturní deformace v úložné ploše ložiska. Výsledkem jsou místní tahová napětí ve vnitřním ložiskovém kroužku. Při testu bylo použito válečkové ložisko, jehož vnitřní kroužek (s průměrem díry 220 mm) byl namontován s normálním uložením na pouzdro s vlnitostí s pěti vyvýšeninami, které bylo uloženo s přesahem na hřídeli. Pouzdro, vyrobené tvrdým soustružením, vytvoří pět oblastí s tahovým napětím cca 205 MPa v blízkosti povrchu oběžné dráhy vnitřního kroužku. Zkušební ložisko je upravené dvouřadé válečkové ložisko s jednou řadou s osmi valivými tělesy místo dvou řad s 24 tělesy. Řada valivých těles byla umístěna ve střední části vnitřního kroužku, aby zkušební zařízení vzhledem k jeho výkonu mohlo dosáhnout potřebného stykového napětí (obr. 8). Ložisko je vyrobeno z oceli SAE 52100 (100Cr6). Mikrostruktura ložiska je tvořena kaleným martenzitem se zbytkovým austenitem v množství až sedmi % obj. a tvrdostí 62 HRC.

Ložiska byla testována při max. Hertzově tlaku v místě styku 1,8 GPa a hodnotě kappa cca 2. Test pokračoval až do selhání ložiska.

Obr. 8: Předčasně havarované ložisko s axiální trhlinou na oběžné dráze vnitřního kroužku.

Obr. 8: Předčasně havarované ložisko s axiální trhlinou na oběžné dráze vnitřního kroužku.

Jedno ložisko namontované na pouzdru s vlnitostí s pěti vyvýšeninami selhalo po 1150 hodinách (což odpovídá 6,35×108 napěťovým cyklům). Na oběžné dráze vznikla viditelná axiální trhlina. Na druhém havarovaném ložisku byly zjištěny dvě viditelné axiální trhliny po 1570 hodinách (což odpovídá 8,67×108 napěťovým cyklům). Poloha axiálních trhlin se shoduje s umístěním jednoho vrcholu na obvodu v místě, kde vznikla oblast tahového napětí.

Je třeba zdůraznit, že předtím byla za stejných podmínek testována čtyři stejná ložiska namontovaná s normálním uložením na hřídeli (bez uměle vyvolané vlnitosti). Žádné z nich neselhalo až do přerušení testu po cca 2200 hodinách (což odpovídá 1,21×109 napěťovým cyklům). Následná analýza neodhalila povrchové trhliny ani podpovrchové bíle naleptané trhliny.

Následná analýza se skládá z nedestruktivních testů (NDT) prováděných ultrazvukovým zařízením (UST) a kapilární metodou, měření kruhovitosti kroužků, fraktografické analýzy a metalografického zkoumání pod mikroskopem.

WEC zjištěné optickým mikroskopem v rovnoběžném řezu axiální trhlinou a zvětšené snímky tří označených oblastí.

Obr. 9: WEC zjištěné optickým mikroskopem v rovnoběžném řezu axiální trhlinou a zvětšené snímky tří označených oblastí. Část hlavní trhliny a rozvětvené trhliny spolu s bíle naleptanými oblastmi. Obrázky (b) (c) a (d) ukazují zvětšené oblasti označené číslicemi 1–3 na snímku (a).

Na vzorku s otevřenou trhlinou byl proveden paralelní řez – viz obr. 9. Je patrné, že po naleptání je při zkoumání optickým mikroskopem část hlavní trhliny bílá a že v hloubce cca 500 µm pod povrchem došlo k rozvětvení trhliny. Rozvětvené trhliny jsou rovněž bíle naleptané trhliny, které se šířily ve směru rovnoběžném s oběžnou dráhou ve vzdálenosti cca 400 µm od hlavní trhliny. Zvětšení snímku rozvětvených trhlin (obr. 9b, c a d) podporuje předpoklad, že trhliny se navzájem propojují a vytvářejí pod povrchem síť bíle naleptaných trhlin. Rovnoběžné řezy byly rovněž provedeny ve dvou místech na obvodu, která odpovídají poloze vrcholů vlnitého povrchu pouzdra na hřídeli. Ačkoli na povrchu nebyly zjištěny trhliny, pod povrchem bylo nalezeno několik bíle naleptaných trhlin v oblastech, v nichž v průběhu testu vyvolala vlnitost tahová napětí. Podrobnější informace – viz [14].

Výsledky zachycené na obr. 10 byly zjištěny při testu soudečkového ložiska 23024, které bylo krátkodobě vystaveno působení vysokých zatížení.

Rozsáhlá podpovrchová síť bíle naleptaných trhlin ve vnějším kroužku ložiska 23024, která byla způsobena krátkodobými vysokými zatíženími.

Obr. 10: Rozsáhlá podpovrchová síť bíle naleptaných trhlin ve vnějším kroužku ložiska 23024, která byla způsobena krátkodobými vysokými zatíženími.

Při krátkodobém vysokém zatížení působí v ložisku v místě styku tlak větší než 3 GPa po dobu cca 15 min., přičemž je zajištěno dostatečné mazání (kappa cca 3,5).

Ložisko, které bylo předtím krátkodobě zatíženo velkou silou, bylo poté namontováno na radiální zkušební zařízení. V tomto zařízení na ně působí nízký stykový tlak cca 1,7 GPa a kappa byla cca 2. Za těchto podmínek je buď test přerušen po cca 3,3×107 cyklech, nebo ložiska dříve selhala. Obr. 10 ukazuje obvodový řez vnějšího kroužku a naleptání. Ložisko selhalo po 1,9×107 cyklech kvůli odlupování v zatížené oblasti vnějšího kroužku.

Příklady vzniku WEC způsobených nižší pevností materiálu

Příklad podpovrchových WEC v ložisku s díly nasycenými vodíkem je zachycen na obr. 7. [22] popisuje podrobnou následnou analýzu kuličkových ložisek a kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem s díly nasycenými vodíkem, resp. bez takových dílů.

Příklady vzniku WEC vlivem působení smíšeného tření a maziva

WEC byly zjištěny v axiálních válečkových ložiskách 81212, která selhala při testování oleje na zkušebním zařízení FE8 [23]. Tyto zkušební podmínky – kombinace smíšeného tření a vysokého kinematického prokluzování (není reprezentativní pro radiální ložiska s čárovým stykem) – nepřinesly do současné doby průkazné výsledky. Prozatím nelze učinit konečný závěr, zda WEC byly v FE8 vyvolány spíše únavou materiálu na povrchu (kde hraje důležitou roli také mazivo), nebo je výsledkem průniku vodíku, anebo kombinací obou jevů.

Obr. 11: Typický vzhled valivého tělesa havarovaného ložiska 81212 (vlevo) a vznik WEC (příčný řez 84 µm pod oběžnou dráhou) v ložiskovém kroužku (vpravo).

Obr. 11: Typický vzhled valivého tělesa havarovaného ložiska 81212 (vlevo) a vznik WEC (příčný řez 84 µm pod oběžnou dráhou) v ložiskovém kroužku (vpravo).

Probíhají testy axiálních válečkových ložisek 81212 se stykem ocel na ocel. Ložiska jsou vyrobena ze standardní ložiskové oceli podle SAE 52100, která byla martenziticky kalená, obsahuje zbytkový austenit v množství <3 % a má tvrdost cca 60 HRC. Tato ložiska jsou testována při nízkých zatíženích (max. tlak v místě styku cca 1,9 GPa) a nedostatečném mazání (kappa cca 0,3).

Jsou testovány různé oleje a směsi olejů. Vzhled typického poškození ukazuje obr. 11.

Ačkoli to zde není podrobně uvedeno, ve všech prováděných testech většinou selhala valivá tělesa, zatímco kroužky jen zřídka. Zkoušky pokračovaly až do selhání (odlupování), nebo byly ukončeny. V případě ložisek, která selhala z důvodů odlupování a v nichž byly zjištěny WEC, se předpokládá, že podpovrchové trhliny obklopené bílou naleptanou oblastí mohly vzniknout již před odlupováním. Důvodem je skutečnost, že v některých případech byly podpovrchové trhliny zjištěny i v dílech, u nichž nedošlo k odlupování. Podrobnější informace – viz [15].

Doporučení, jak zabránit předčasnému selhání způsobeného odlupováním.

Tabulka 1: Doporučení, jak zabránit předčasnému selhání způsobeného odlupováním.

Diskuze

Výše uvedené zjištěné poznatky vysvětlují, proč lze nalézt bíle naleptané trhliny ve všech průmyslových odvětvích, ve všech typech ložisek a materiálech tepelně zpracovaných různými postupy (z prokalené i cementované ocele) [1]. Bíle naleptané trhliny totiž vznikají na konci řetězce událostí a jsou přirozeným důsledkem sítě trhlin v ložiskách, která předčasně selhala.

Klíčem ke zjištění prvotních příčin předčasného selhání ložisek není pouze studium bílé naleptaných trhlin, ale spíše hledání příslušných zeslabujících vlivů (souvisejících s vyššími napětími nebo nižší pevností materiálu), které způsobují zrychlenou únavu.

Všeobecně platí, že selhání mechanického dílu je způsobeno porušením jeho nejslabšího článku. To znamená, že místní napětí překročí místní pevnost. Předčasné selhání je vyvoláno výrazným zeslabením nejslabšího článku. Spolehlivost ložisek používaných v různých aplikacích se řídí principem nejslabšího článku. Uvnitř materiálu nebo na pracovní stykové ploše se vždy nacházejí slabá místa. Ložisko selže, jestliže praskne nejslabší článek. V případě nedostatečného mazání nebo drsného povrchu (např. vtisky způsobené částicemi) by se nejslabší článek mohl nacházet na povrchu. K selhání ložiska dojde vlivem poškození povrchu, např. z důvodů porušení povrchu nebo opotřebení. V podmínkách dostatečného mazání by se nejslabší článek mohl nacházet pod povrchem – v důsledku přítomností materiálových vad, jako např. vměstků a vysokých smykových napětí způsobených Hertzovým stykem. Selhání ložiska je způsobeno vznikem trhliny a jejím šířením z místa vady materiálu. U ložisek souvisí pevnost nejslabšího článku s mezním zatížením nebo mezním napětím, které se nazývá mezní únavové zatížení. Ložisko selže, jestliže je překročeno mezní únavové zatížení. K předčasnému selhání ložiska dojde v případě, že mezní únavové zatížení je podstatně nižší neboli – jinými slovy – v případě, že pevnost nejslabšího článku je podstatně nižší. Právě toto zeslabení, které může být způsobeno vyššími napětími nebo nižší pevností materiálu, způsobí předčasný vznik trhliny a její zrychlené šíření, které vyvolá předčasné selhání ložiska, avšak nikoli WEC. Pokud nedojde k zeslabení, ložisko může selhat v důsledku běžného únavového poškození v místě valivého styku. V místě odlupování materiálu se mohou – avšak nemusejí – objevit WEC, protože trhliny se šíří rychle, jakmile materiál dosáhne konce své životnosti [7]. Jinými slovy: nezbývá čas na materiálovou přeměnu v systému trhlin. S rostoucí úrovní zeslabení může ložisko předčasně selhat vlivem rozsáhlých WEC, protože materiál ve vzniklých systémech trhlin má čas na místní přeměnu z DEA na WEA. S rostoucí závažností mohou vzniknout axiální trhliny obklopené menší oblastí WEA anebo může dokonce vzniknout lom, který není obklopený oblastí WEA, protože se trhliny šíří příliš rychle [14].

Doporučení

Každé předčasné selhání ložiska je jedinečné. Pokud se znovu podíváme na obr. 6, zjistíme, že důvody předčasného odlupování mohou být různé. Neexistuje jediná prvotní příčina a každé selhání je nutné posoudit z hlediska příslušných provozních podmínek.

Na základě rozdělení příčin zeslabení na „vyšší napětí“ a „nižší pevnost materiálu“ lze poskytnout všeobecná doporučení, která jsou uvedena v tabulce 1. Tabulka rozlišuje doporučení pro vlastní aplikaci (uložení, konstrukční proces) a možnosti, jak dále zvýšit odolnost ložisek. Na specifických podmínkách aplikace závisí, které opatření k zamezení předčasného selhání je nejvhodnější. Podrobnější informace poskytnou technicko-konzultační služby SKF.

 

Obchodní kontakty

evolution@skf.com

Odkazy

[1] K. Stadler, A. Stubenrauch, Premature bearing failures in wind gearboxes and white etching cracks (WEC), SKF Evolution #2, 2013, http://evolution.skf.com/premature-bearing-failures-in-wind-gearboxes-and-white-etching-cracks-wec/
[2] K. Tamada, H. Tanaka, Occurrence of brittle flaking on bearings used for auto-motive electrical instruments and auxiliary devices, Wear 199 (1996) 245–252.
[3] N. Kino, K. Otani, The influence of hydrogen on rolling contact fatigue life and its improvement, JSME Rev. 24 (2003) 289–294.
[4] B. Carr, More bearing failures for cruise ship pod drives, The eBearing News, http://www.ebearing.com/news2006/052201.htm, May 2006.
[5] M.H. Evans, An updated review: white etching cracks (WECs) and axial cracks in wind turbine gearbox bearings, Mat. Sci. Tech., DOI: 10.1080 / 02670836.2015.1133022, 2016, 1-37.
[6] K. Stadler, J. Lai, R.H. Vegter, A review: the dilemma with premature white etching crack (WEC) bearing failure, J. ASTM Int. (2015), STP1580.
[7] A. Voskamp, “Microstructural Changes during Rolling Contact Fatigue,” Ph.D. thesis, Delft University of Technology, 1996.
[8] R.H. Vegter and J.T. Slycke, ‘Metal Physics and Rolling Contact Fatigue Testing’, presented at the Ninth International Symposium on Bearing Steel Technol-ogies: Advances in Rolling Contact Fatigue Strength Testing and Related Substitute Technologies, November 17-18, 2011, Tampa, FL, USA, published in ASTM STP 1548 (editor J.M. Beswick), ASTM International 2012.
[9] J.-H. Kang and P.E.J. Rivera-Diaz-del-Castillo, ‘Carbide dissolution in bearing steel’, Computational Materials Science, 67 (2013) 364-372.
[10] J.-H. Kang, B. Hosseinkhani, R.H. Vegter and P.E.J. Rivera-Diaz-del-Castillo, ‘Modelling dislocation assisted tempering during rolling contact fatigue of bearing steels’, International Journal of Fatigue, Volume 75, June 2015, Pages 115–125.
[11] T. Lund, Sub-Surface initiated rolling contact fatigue-influence of non-metallic inclusions, processing history, and operating conditions. J ASTM Int 2010;7(5):81–96.
[12] D. Scott, B. Loy and G.H. Mills, “Metallurgical Aspects of Rolling Contact Fatigue, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,” IMechE Arch., Vol. 181, No. 15, 1966, pp. 94–103.
[13] P.C. Becker, Microstructural changes around non-metallic inclusions caused by rolling contact fatigue of ball-bearing steels, Metals Technology, Fatigue of ball-bearing steel, 234-243, 1981.
[14] J. Lai, K. Stadler, Investigation on the mechanisms of white etching crack (WEC) formation in rolling contact fatigue and identification of a root cause for bearing premature failure, http://dx.doi.org/ 10.1016/j.wear.2016.08.001, Wear, 2016.
[15] K. Stadler, R.H. Vegter, M. Ersson, D. Vaes, Causes for premature failures and the role of white etching cracks, Proceedings of the “Tribologie-Fachtagung 2016”, Gesellschaft für Tribologie (GfT), 2016.
[16] R.H. Vegter, J.T. Slycke, The role of hydrogen on rolling contact fatigue response of rolling element bearings. J ASTM Int 2009;7(2):1–12.
[17] I. Strandell, C. Faiers, T. Lund, Corrosion – one root cause for premature failure, in: Proceedings of the 37th Leeds-Lyon Symposium on Tribology, Leeds Trinity University, Leeds, UK, 7–10 September, 2010, Elsevier, New York, 2012.
[18] W. Solano-Alvarez, H.K.D.H. Bhadeshia, White-etching matter in bearing steels. Part I: controlled cracking of 52100 steel. Metall Mater Trans A 2014;45A:4906–15.
[19] W. Solano-Alvarez, H.K.D.H. Bhadeshia, White-etching matter in bearing steels. Part II: distinguishing cause and effect in bearing steel failure. Metall Mater Trans A 2014;45A:4916–31.
[20] Y. Kadin, M.Y. Sherif, Energy dissipation at rubbing crack faces in rolling contact fatigue as the mechanism of white etching area formation, International Journal of Fatigue 96, 114-126, 2017, http://dx.doi.org/ 10.1016/j.ijfatigue.2016.11.006.
[21] B. Gould, A. Greco, K. Stadler, X. Xiao, An analysis of premature cracking associated with microstructural alterations in an AISI 52100 failed wind turbine bearing using X-ray tomography, Material and Design 117, 2017, http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2016.12.089.
[22] S.W. Ooi, A. Gola, R.H. Vegter, P. Yan, K. Stadler, Evolution of white-etching cracks and associated microstructural alterations during bearing tests, Material Science and Technology, http://dx.doi.org/10.1080/02670836.2017.1310431, 2017.
[23] H. Surborg, Einfluss von Grundölen und Additiven auf die Bildung von WEC in Wälz-lagern, Dissertation, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2014.

Související obsah