基于軸承潤滑脂元素含量分析的軸承運行狀態(tài)可行性研究

俞繼瑤，楊喜軍，牛麗麗，邢琿琿，文 婧

（洛陽LYC 軸承有限公司，河南 洛陽 471039）

0 引言

軸承潤滑脂作為軸承的重要組成部分之一，被稱為除內(nèi)圈、外圈、滾動體外的第五大部件，具有潤滑、冷卻、清洗、密封、減震降噪、卸荷以及防銹保護的作用，能夠防止軸承在運轉(zhuǎn)過程的磨損摩擦，降低摩擦系數(shù)，減少摩擦阻力，維持軸承的平穩(wěn)工作，而且潤滑脂本身有良好的傳熱和散熱作用，能夠及時排除軸承運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量，確保軸承保持正常的溫度，避免軸承提前老化，延長軸承的使用壽命，軸承運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的滾道磨削物以及外界環(huán)境中產(chǎn)生的浮塵、沙石、有害物質(zhì)等會隨著軸承的轉(zhuǎn)動被包裹在軸承潤滑脂中[1]，本文通過X-Supreme 8000 熒光元素分析儀對潤滑脂進行元素含量分析的方法研究潤滑脂內(nèi)部雜質(zhì)構(gòu)成，以及產(chǎn)生原因，并通過對不同雜質(zhì)的元素含量的具體情況說明通過潤滑脂元素含量分析軸承運行狀態(tài)的可行性。

1 軸承潤滑脂中金屬元素含量分析

軸承潤滑脂中的金屬元素多為軸承內(nèi)部磨損產(chǎn)生，通常為銀白色金屬亮片，有磁性，使用X-Supreme 8000 熒光元素分析儀能夠分析軸承潤滑脂中金屬元素十余種，包括Ca（鈣）、Ti（鈦）、V（釩）、Cr（鉻）、Mn（錳）、Fe（鐵）、Co（鈷）、Ni（鎳）、Cu（銅）、Zn（鋅）、Br（溴）、Mo（鉬）、Hg（汞）、Pb（鉛）等，但軸承的使用環(huán)境不筒可能會帶來外界的金屬，軸承的材料一般采用軸承鋼，常見的軸承鋼種有GCr15、GCr18Mo 等，GCr15中金屬元素主要為Fe，其他元素含量為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 的其他元素含量為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，不同的軸承鋼種元素含量不同，通過對軸承潤滑脂中的金屬元素Fe、Mn、Cr、Mo 進行元素含量分析，不僅可以判斷軸承鋼的所屬類別，更能從分析結(jié)果中Fe、Mn、Cr、Mo 的含量看出軸承的磨損量，將同樣的兩套軸承，其中一套軸承由于安裝的原因有大塊剝落物，另一套軸承正常，在同樣條件下運行720 h進行對比試驗，其中有剝落物的軸承內(nèi)部潤滑脂的幾種主要元素含量是另一套軸承的幾倍，通過測試磨損嚴(yán)重的軸承，其潤滑脂內(nèi)部w（Fe）基本在0.3%以上，失效軸承潤滑脂內(nèi)部w（Fe）基本在1.0%以上，而正常運行磨損量少的w（Fe）在0～0.02%之間，其他如Mn、Cr、Mo 的含量也會等比例減少，通過以上試驗通過分析軸承潤滑脂金屬元素的分析初步判定軸承的使用時間以及運行狀態(tài)是否正常，如遇異常情況能夠及時排除，從而達(dá)到延長軸承使用壽命的目的。

軸承潤滑脂中的金屬元素來源主要包括軸承內(nèi)部產(chǎn)生和外部環(huán)境侵入兩種，外部環(huán)境侵入金屬元素包括Ti、V、Co、Ni、Zn、Hg、Pb 等元素，它們的存在會加速潤滑脂的變質(zhì)引起潤滑脂變黑、稠度降低、潤滑效果變差，除此之外，粒徑大、硬度高的金屬元素會加劇軸承的磨損，引起軸承滾道產(chǎn)生剝落物，使軸承內(nèi)部局部溫升以及內(nèi)部異響，影響軸承正常的運行狀態(tài)，甚至造成軸承失效，因此，通過對軸承內(nèi)部金屬元素含量分析的方法排除外界環(huán)境的影響，減少軸承的摩擦磨損，保持軸承的運行狀態(tài)正常，防止?jié)櫥冑|(zhì)和軸承失效。

通過對軸承潤滑脂中主要金屬元素含量進行對比分析軸承的磨損程度，并推斷軸承能否持續(xù)正常運行，當(dāng)軸承內(nèi)部出現(xiàn)異響、異常溫升等情況時，通過從軸承內(nèi)部提取潤滑脂對其中的Fe、Mn、Cr、Mo 等金屬元素含量分析結(jié)果初步判斷磨損是軸承本身材料原因、裝配游隙等造成的還是由于外界顆粒物侵入引起的軸承磨損加劇，對正常運行的軸承通過對其內(nèi)部的金屬元素含量分析軸承的運行狀態(tài)是否良好，是否需要進行維護，保證軸承的持續(xù)平穩(wěn)運行，減少軸承摩擦磨損，延長軸承的使用壽命。

2 軸承潤滑脂中非金屬元素含量分析

軸承潤滑脂中的非金屬元素多來源于潤滑脂自身的基礎(chǔ)油以及添加劑，因此S、P 的占比較高，環(huán)境中存在的一些非金屬的雜質(zhì)，如無機鹽顆粒、木質(zhì)纖維、懸浮塵、膠狀物等，其中無機鹽顆粒如沙石對軸承運行狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，因沙石的結(jié)構(gòu)多為硅酸鹽結(jié)晶，具有很高的硬度，當(dāng)其粒徑較大，易加劇軸承滾道磨損[2]，引起滾道金屬物剝落，影響軸承的正常運行，嚴(yán)重時造成軸承失效，因此，通過對潤滑脂進行元素分析，判斷潤滑脂中是否混入無機鹽結(jié)晶，對軸承持續(xù)正常運行有重要作用。

當(dāng)軸承潤滑脂中混入沙石時，砂石的主要成分為SiO2，通過對潤滑脂中的Si 含量對比分析，能夠初步判斷軸承中是否混入沙石顆粒，同時提取用潤滑脂和混入沙石顆粒的潤滑脂樣品10 g 通過X-Supreme 8000 熒光元素分析儀進行元素含量分析，其非金屬元素含量如表1 所示，對潤滑脂中的主要非金屬Si、P、S、Cl 進行分析發(fā)現(xiàn)混入沙石顆粒的潤滑脂Si 含量較新脂超過一倍以上而P、S、Cl 的含量增加較少，由于軸承本身的材料中不含Si,排除潤滑脂中本身含有的Si，新增的Si 元素含量基本為外界環(huán)境帶入，如果軸承運行出現(xiàn)異常狀態(tài)，如局部溫升、異響等，可及時采取措施減少外界環(huán)境因素的干擾，使軸承能夠正常運行。

表1 軸承潤滑脂非金屬元素含量對比 單位：mg/kg

軸承中的零部件除了內(nèi)圈、外圈、滾動體外還包括密封圈、油封其材料主要由橡膠制成，含有的非金屬元素比較多，軸承的密封圈以及油封多數(shù)為丁腈橡膠所制，丁腈橡膠經(jīng)過硫化處理后膠體富有彈性，不易變形，更耐老化，如果軸承中的密封圈以及油封上的橡膠發(fā)生剝落會受到軸承內(nèi)部顆粒滾動摩擦產(chǎn)生的高溫而熔融成球狀，并且由于其自身具有一定的彈性，為膠聯(lián)結(jié)構(gòu)，隨著軸承的轉(zhuǎn)動被包裹在潤滑脂中不易成為更小的顆粒，對軸承的正常運行造成影響，密封圈、油封、尼龍保持架由于軸承長時間的轉(zhuǎn)動部分材料出現(xiàn)剝離或者局部結(jié)構(gòu)破壞，引起軸承出現(xiàn)密封不嚴(yán)產(chǎn)生潤滑脂流失，外界沙石、浮塵等進入潤滑脂內(nèi)部，加劇潤滑脂的摩擦磨損，減少潤滑脂的使用壽命，對軸承潤滑脂中非金屬元素進行含量分析，特別是S 含量，為潤滑脂中是否有含S 的橡膠物，橡膠物是否來源與軸承密封圈以及油封提供依據(jù)，為進一步驗證潤滑脂中混入密封圈、油封上橡膠材料S 含量的變化，同時取未使用潤滑脂以及內(nèi)部含有橡膠顆粒的潤滑脂進行對比試驗，試驗結(jié)果見表2，由表2 可知，內(nèi)部含有橡膠顆粒的的S 含量明顯增加，說明通過潤滑脂中S 含量的變化分析密封圈、油封是否存在剝離和結(jié)構(gòu)破壞是可行的，當(dāng)然需要進一步對潤滑脂用溶劑溶解、過濾后，對過濾后雜質(zhì)在顯微鏡下觀察形貌，對分離出的雜質(zhì)做元素分析來定性該雜質(zhì)顆粒否來源于密封圈、油封。

表2 軸承潤滑脂S 含量對比 單位：mg/kg

3 結(jié)語

通過以上論述，對潤滑脂中金屬元素、非金屬元素進行分析判斷軸承的運行狀態(tài)是可行的，需要建立數(shù)據(jù)庫對潤滑脂中各元素含量進行歸納分析，當(dāng)軸承內(nèi)部出現(xiàn)局部溫升、異響的異常情況，對比潤滑脂元素含量數(shù)據(jù)分析異常運行的原因，對正常運行的軸承通過潤滑脂元素含量分析軸承的磨損程度，如磨損量較大可采取措施保障軸承正常運行，提高軸承使用壽命。