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耐高温石墨轴承失效分析

  耐高温石墨轴承在高温工况下使用,失效形式与常温轴承有很大不同。对失效轴承进行分析,找出根本原因,采取针对性措施,能有效避免重复失效,延长轴承寿命。

  氧化失效是高温下最常见的失效形式。石墨在空气中400℃以上开始氧化,温度越高氧化速率呈指数增长。氧化后的轴承表现为:表面疏松、掉粉、内孔和外圆尺寸增大、间隙变大、强度下降。氧化失效通常发生在空气中使用的高温轴承,特别是炉门、热风循环等有空气流动的部位。氧化速率还受气氛中氧含量、水蒸气含量的影响,氧含量和水蒸气越高氧化越快。预防措施:空气中使用温度控制在400℃以下;高温应用在惰性气氛或真空中使用;在轴承表面涂抗氧化涂层(如SiC涂层);选用抗氧化浸渍石墨。

  热冲击开裂失效。耐高温轴承在反复升降温中承受热应力,如果升降温速率过快,轴承内外温差大,热应力超过材料强度就会开裂。热冲击裂纹通常从表面开始,沿径向扩展,严重时轴承碎裂。大尺寸轴承、厚壁轴承热冲击敏感性更高。预防措施:控制升降温速率(通常<200℃/h,厚壁轴承<100℃/h);选用抗热震性好的石墨(细颗粒等静压石墨或碳碳复合材料);避免高温轴承突然接触冷物料或冷空气。

  磨损过度失效。高温下石墨的强度和硬度下降,耐磨性降低,如果载荷过大或有磨粒进入,会导致快速磨损。磨损过度的轴承内孔间隙增大、圆度变差、轴跳动增大。磨粒磨损(粉尘、硬质颗粒进入间隙)是磨损加速的常见原因,比正常粘着磨损快数倍。预防措施:校核轴承载荷,不超载使用;密封轴承座防止粉尘进入;定期清洁轴承;选用高强度高密度石墨或浸渍金属石墨提高耐磨性。

  蠕变变形失效。石墨在高温长期载荷下会产生蠕变(缓慢塑性变形),导致轴承内孔变椭圆、尺寸变化。蠕变在温度超过材料使用温度上限、载荷较大时更明显。蠕变变形的轴承虽然没有开裂,但尺寸精度丧失,无法继续使用。预防措施:使用温度不超过材料允许温度;降低载荷;选用高温强度好的碳碳复合材料轴承(碳碳在2000℃以上仍保持高强度)。

  安装不当导致的失效。安装时敲击导致的隐裂纹,在高温使用中扩展导致断裂;过盈量过大导致装配应力,高温下叠加热应力导致开裂;对中不良导致偏磨和局部过载。


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