轉(zhuǎn)盤軸承在常溫或溫度不高的情況下的變形失效主要有彈性變形失效和塑性變形失效。軸承彈性變形失效主要是變形過量或喪失原設(shè)計(jì)的彈性功能，塑性失效一般是變形過量。在高溫下的變形失效有蠕變失效和熱松弛失效。

應(yīng)力-應(yīng)變曲線

1 軸承的彈性變形失效

      在彈性狀態(tài)下，軸承材料吸收了加載的能量，依靠原子間距的變化而產(chǎn)生變形，但因未超過原子之間的結(jié)合力，當(dāng)卸載時(shí)，全部能量釋放，變形完全消失，恢復(fù)軸承材料的原樣。要有好的彈性，應(yīng)從提高軸承材料的彈性及降低彈性模量入手。

     軸承彈性形變的特點(diǎn)：

    （1）可逆性。軸承材料的彈性變形具有可逆的性質(zhì)，即加載時(shí)，卸載后恢復(fù)到原狀的性質(zhì)；

    （2）單值性。軸承材料在彈性變形過程中，不論是加載階段還是卸載階段，只要在緩慢的加載條件下，應(yīng)力與應(yīng)變都保持正比的單值對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，即符合胡克定律； 

    （3）變形量很小。轉(zhuǎn)盤軸承的彈性變形主要發(fā)生在彈性階段，但在塑性階段也伴隨著發(fā)生定量的彈性交形。但兩個(gè)階段彈性變形的總量是很小的，加起來一般小于0.5%-1.0%。

      構(gòu)件產(chǎn)生的彈性變形量超過構(gòu)件匹配所允許的數(shù)值，稱為過量的彈性變形失效，判斷方法如下：

    （1）失效的軸承構(gòu)件是否有嚴(yán)格的尺寸匹配要求，是否有高溫或低溫的工作條件；

    （2）注意觀察在正常工作時(shí)，構(gòu)件互相不接觸，而又很靠近的軸承表面上是否有劃傷、擦傷或磨損的痕跡。只要觀察到這種痕跡，而且軸承構(gòu)件停工時(shí)，構(gòu)件相互間仍有間隙，便可作為判斷的依據(jù)；

    （3）在設(shè)計(jì)軸承時(shí)是否考慮了彈性變形的影響及采取了相應(yīng)的措施；

    （4）通過計(jì)算驗(yàn)證是否有過量彈性變形的可能；

    （5）由于軸承彈性變形是晶格的變形，可用X射線法測(cè)量軸承在受載時(shí)的晶格常數(shù)的變化驗(yàn)證是否符合要求。

     當(dāng)軸承構(gòu)件的彈性變形已不遵循變形可逆性、單值對(duì)應(yīng)性及小變形量的特性時(shí)，則軸承構(gòu)件失去了彈性功能而失效。

     過載、超溫或軸承材料變質(zhì)是軸承構(gòu)件產(chǎn)生彈件變形失效的原因，預(yù)防措施如下：

     （1）選擇合適的軸承材料或構(gòu)件結(jié)構(gòu)；

    （2）確定適當(dāng)?shù)臉?gòu)件匹配尺寸或變形的約束條件，對(duì)于拉壓變形的軸承類零件、彎扭變形的軸類零件，其過量的彈性變形都會(huì)因軸承構(gòu)件喪失配合精度導(dǎo)致動(dòng)作失誤，要求精確計(jì)算可能產(chǎn)生的彈性變形及變形約束而達(dá)到適當(dāng)?shù)呐浜铣叽纾?/span>

     2 軸承塑性變形失效

     塑性表示軸承材料中的應(yīng)力超過屈服后，能產(chǎn)生明顯的不可逆變形而未立即破壞的形態(tài)，這種明顯且不可逆的變形稱為塑性變形。通常反映軸承材料塑性性能優(yōu)劣的指標(biāo)是伸長率δ和斷面收縮率φ。伸長率和斷而收縮率越高，則塑性越好。軸承的塑性變形一般可看作是晶體的缺陷運(yùn)動(dòng)。

      軸承塑性變形的特點(diǎn)：

    （1）不可逆性，軸承材料的塑性變形不可恢復(fù)，當(dāng)軸承材料應(yīng)力等于或高于屈服后產(chǎn)生的變形，在卸載后，其變形仍然保留在軸承材料內(nèi)。塑性變形的微觀機(jī)制表明，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及增殖，使晶體實(shí)現(xiàn)一個(gè)晶面在另一個(gè)晶面上的逐步滑移，宏觀表面是卸載后軸承塑性變形保留至可觀察及測(cè)量；

    （2）變形量不恒定，軸承是多晶體，各個(gè)晶粒取向不同，晶面滑移先后不同，各晶粒變形有不同時(shí)性及不均勻性。一個(gè)軸承構(gòu)件在各個(gè)部位的塑性變形量不相同，因而個(gè)別塑性變形量大的部位將出現(xiàn)軸承材料的不連續(xù)（斷裂失效的裂源）；

    （3）慢速變形，軸承的彈性變形以聲速傳播，但軸承塑性變形的傳播很慢；

    （4）伴隨軸承材料性能的變化，這主要因?yàn)?/span>軸承塑性變形時(shí)軸承內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及增殖實(shí)現(xiàn)了晶面的滑移，亞晶結(jié)構(gòu)形成；晶粒歪扭，微裂紋等缺陷產(chǎn)生；如在軸承材料加工中，隨塑性交形量增加，即產(chǎn)生了加工硬化，原因是位錯(cuò)密度增加、位錯(cuò)纏結(jié)、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相互作用及運(yùn)動(dòng)阻力增加，其宏觀表現(xiàn)就是應(yīng)變硬化。   

      軸承構(gòu)件產(chǎn)生的塑性變形量超過允許的數(shù)值稱為塑性變形失效，其變形失效判斷以影響軸承構(gòu)件執(zhí)行正常功能為依據(jù)。

     軸承材料塑性變形失效的主要原因是過載，使軸承的受力過大，出現(xiàn)影響軸承使用功能的過量的塑性變形。過載不僅是對(duì)軸承承受的外載荷估計(jì)不足，還應(yīng)該包括偏載引起局部應(yīng)力、復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算誤差及應(yīng)力集中、加工及熱處理產(chǎn)生殘余應(yīng)力、軸承材料微觀不均勻的附加應(yīng)力等因素，使軸承構(gòu)件受力不均，局部區(qū)域的總應(yīng)力超值。

      塑性變形失效預(yù)防措施：

    （1）合理選材，提高軸承材料抵抗塑性變形的能力，除了選擇合適的軸承屈服強(qiáng)度的軸承材料，還要保證軸承軸承材料質(zhì)量，控制組織狀態(tài)及冶金缺陷；

     （2）準(zhǔn)確地確定軸承的工作載荷，正確進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，合理選取安全系數(shù)及進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少應(yīng)力集中及降低應(yīng)力集中水平；

    （3）嚴(yán)格按照軸承加工工藝規(guī)程對(duì)軸承成形，減少殘余應(yīng)力；

    （4）嚴(yán)禁轉(zhuǎn)盤軸承運(yùn)行超載；

    （5）監(jiān)測(cè)軸承腐蝕環(huán)境軸承強(qiáng)度尺寸的減小。

3 高溫作用下軸承材料的變形失效

     轉(zhuǎn)盤軸承在高溫長時(shí)間作用下，即使其應(yīng)力值小于屈服強(qiáng)度，也會(huì)緩慢產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)該變形量超過規(guī)定的要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致軸承的塑性變形失效。此時(shí)所稱的高溫為高于0.3T_m（T_m是以溫度表示的軸承材料的熔點(diǎn)），一般情況下碳鋼軸承在300℃以上，低合金強(qiáng)度鋼軸承在400℃以上。

蠕變變形失效

     軸承在長時(shí)間恒溫、恒載荷（即使應(yīng)力小于該溫度下的屈服強(qiáng)度）作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變。由蠕變變形導(dǎo)致的軸承材料的斷裂，稱為蠕變斷裂。由蠕變變形和斷裂機(jī)理可知，要提高蠕變，必須控制位錯(cuò)攀移的速率；提高軸承持久強(qiáng)度，則必須控制晶界的滑動(dòng)和空位擴(kuò)散。

     壓力容器的蠕變變形量一般規(guī)定在10⁵h為1%，即蠕變速率為10^-7mm/(mm·h)。

典型的蠕變曲線

     階段ab為減速蠕變階段又稱過渡蠕變階段，這一階段開始的蠕變速率很大，隨著時(shí)間延長蠕變速率逐漸減小，到b點(diǎn)蠕變速率達(dá)到小值；

     第二階段bc為恒速蠕變階段又稱穩(wěn)態(tài)蠕變階段，這一階段的特點(diǎn)是蠕變速率幾乎保持不變。一般所指的軸承蠕變速率，就是以這一階段的蠕變速率ε表示的。

      第三階段cd為加速蠕變階段隨著時(shí)間的延長，蠕變速率逐漸增大，到d點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生蠕變斷裂。

斷口宏觀特征

     斷口附近產(chǎn)生塑性變形，在軸承變形區(qū)附近有很多裂紋（斷裂機(jī)件表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象）；

     高溫氧化，斷口表面被一層氧化膜所覆蓋。

斷口微觀特征

冰糖狀花樣的沿晶斷裂形貌

     蠕變變形失效也是一種塑性變形失效，有塑性變形失效的特點(diǎn)，但蠕變失效也不一定是過載，只是載荷大時(shí)，蠕變變形失效的時(shí)間短，恒速蠕變階段蠕變速度大。高溫下不僅有蠕變變形引起的的軸承外部尺寸的變化，還有軸承內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)特有的變化，導(dǎo)致高溫力學(xué)性能下降、軸承承載能力降、蠕變速度加快、失效加快。

     軸承材料的蠕變性能常采用蠕變、持久強(qiáng)度、松弛穩(wěn)定性等力學(xué)性能指標(biāo)。

     蠕變是軸承材料在高溫長時(shí)載荷作用下的塑性變形抗力指標(biāo)，是高溫軸承材料、設(shè)計(jì)高溫下服役機(jī)件的主要依據(jù)之一。蠕變（MPa）表示方法有兩種，一種是在規(guī)定溫度下，使試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的應(yīng)力；另一種是在規(guī)定溫度和時(shí)間下，使軸承試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定蠕變伸長率的應(yīng)力。

     持久強(qiáng)度是指軸承材料在高溫長時(shí)載荷作用下抵抗斷裂的能力，即軸承材料在一定溫度和時(shí)間條件下，不發(fā)生蠕變斷裂的應(yīng)力（蠕變極軸承材料的變形抗力，持久強(qiáng)度表示軸承材料的斷裂抗力）。某些軸承材料與機(jī)件，蠕變變形很小，只要求在使用期內(nèi)不發(fā)生斷裂（如鍋爐的過熱蒸汽管）。這時(shí)，就要用持久強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)軸承材料、機(jī)件使用的主要依據(jù)。

軸承應(yīng)力松弛變形失效

     軸承材料在恒變形條件下，隨著時(shí)間的延長，軸承彈性應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。軸承材料抵抗應(yīng)力松弛的性能稱為松弛穩(wěn)定性，可以通過應(yīng)力松弛試驗(yàn)測(cè)定的應(yīng)力松弛曲線來評(píng)定。剩余軸承應(yīng)力是評(píng)定軸承材料應(yīng)力松弛穩(wěn)定性的指標(biāo)。剩余應(yīng)力越高，松弛溫度性越好。

     軸承的蠕變是在應(yīng)力不變的條件下，軸承不斷產(chǎn)生塑性變形的過程；而軸承的松弛守則是在總變形不變的條件下，軸承彈性變形不斷轉(zhuǎn)為塑性變形從而使應(yīng)力不斷降低的過程。

第1階段：開始階段應(yīng)力下降很快；

第2階段：應(yīng)力下降逐漸減緩的階段；

     松弛：在一定的初應(yīng)力和溫度下，不再繼續(xù)發(fā)生松弛的剩余應(yīng)力。

     預(yù)防軸承高溫松弛失效的措施是選用松弛穩(wěn)定性好的軸承材料。對(duì)緊固性軸承的實(shí)際使用也可以在軸承使用過程中對(duì)其進(jìn)行一次或多次再緊固，即在軸承應(yīng)力松弛到一定程度時(shí)重新緊固，這是經(jīng)濟(jì)而又有效的方法。但要注意到再緊固會(huì)對(duì)軸承松弛性能有所影響，因?yàn)槊窟M(jìn)行一次再緊固，軸承材料都產(chǎn)生應(yīng)變硬化，剩余應(yīng)力有所下降，隨著塑性應(yīng)變的總量增加，軸承材料終會(huì)斷裂。