白色组织是何物？

身在此山 · 发表于 2016-10-10 16:12:48

本帖最后由身在此山于 2017-2-7 16:19 编辑

英文期刊 “传动工程” 上看到一篇资料，谈到，某批风电齿轮箱轴承（滚柱和滚锥轴承两种）有约16% 疲劳寿命大幅下降而早期失效（只工作1.8万- 2.2万小时，设计寿命12万- 15万小时以上），失效形式是轴承内圈开裂或滚道表面剥落。分析原因，发现材料存在白色组织所致（White Etching Areas ）。
这篇资料重点是，当材料中出现白色组织，两种不同热处理工艺（0.23%C的CrNiMo钢渗碳+淬回，1.02%C的CrNiMo钢淬回）改善疲劳寿命的效果比较。资料列举了很多实验数据（包括残奥数量/分布，内应力方向和水平，等）以及白色组织的形态和分布，来说明这两种工艺如何影响轴承的疲劳寿命（当材料中存在白色组织）。奇怪的是，该资料唯独没有提到，这个白色组织到底是什么东西，怎样产生的，以及如何消除（或减轻程度）。

以下是这篇资料的一些截图，有兴趣者看看这个白色组织是何物。内容是英文，所以发在这里。

图1. 轴承尺寸
轴承尺寸.JPG

图2. 材质成分

材质成分

图3. 滚道上轴向裂纹(低倍)
滚道裂纹（低倍）.JPG

图4. 剥落凹坑和不规则白色组织

图5. 打开轴向裂纹，显示裂纹起源于白色组织

图6. 轴向裂纹上的不规则白色组织
金相.JPG

图7. 不规则白色组织

图8. 滚道表面剥落(低倍)

滚道低倍

东方 · 发表于 2016-10-11 09:26:51

白色应该是应力所致

东方 · 发表于 2016-10-11 09:27:27

东方发表于 2016-10-11 09:26
白色应该是应力所致

破坏从次表层开始

身在此山 · 发表于 2016-10-11 09:45:38

东方发表于 2016-10-11 09:26
白色应该是应力所致

愿闻其详......?

daswang · 发表于 2016-10-11 09:50:33

会不会是硬质夹杂物。碳化物不是的。

清淡 · 发表于 2016-10-11 10:27:20

东方发表于 2016-10-11 09:26
白色应该是应力所致

我这里有很多应力引起的白线，这个白线和我以前做的很不像，而且深度有点深，所以我个人认为可能是一种其他什么组织。

清淡 · 发表于 2016-10-11 10:27:59

LZ你的意思是这两种材料都出现了类似的白色组织吗？两种不同热处理工艺（0.23%C的CrNiMo钢渗碳+淬回，1.02%C的CrNiMo钢淬回）改善疲劳寿命的效果比较

清淡 · 发表于 2016-10-11 10:30:45

东方发表于 2016-10-11 09:26
白色应该是应力所致

这是我做的喷丸白线：

清淡 · 发表于 2016-10-11 10:34:31

如果有条件，可以先做几个未使用的轴承，看看是否有白色组织。确认没有后再上疲劳试验机，等失效后再看是否有白色组织，如果有，那很可能就是应力造成的。

东方 · 发表于 2016-10-11 10:36:05

清淡发表于 2016-10-11 10:30
这是我做的喷丸白线：

清版好金相！喷丸和接触疲劳造成的应力白线还是有差异的

东方 · 发表于 2016-10-11 10:38:28

本帖最后由东方于 2016-10-11 10:42 编辑

清淡发表于 2016-10-11 10:27
我这里有很多应力引起的白线，这个白线和我以前做的很不像，而且深度有点深，所以我个人认为可能是一种其 ...

接触应力发生在次表层，不会在表面

清淡 · 发表于 2016-10-11 10:43:30

东方发表于 2016-10-11 10:36
清版好金相！喷丸和接触疲劳造成的应力白线还是有差异的

对，因为遇到的少，所以我也没有直接否认你，最主要是要找证据。

东方 · 发表于 2016-10-11 10:44:56

清淡发表于 2016-10-11 10:43
对，因为遇到的少，所以我也没有直接否认你，最主要是要找证据。

嗯本人也没见过猜测而已

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-10-11 10:53:27

能确定是轴承钢吗？什么状态？

身在此山 · 发表于 2016-10-11 11:53:33

本帖最后由身在此山于 2016-10-11 13:09 编辑

清淡发表于 2016-10-11 10:27
LZ你的意思是这两种材料都出现了类似的白色组织吗？两种不同热处理工艺（0.23%C的CrNiMo钢渗碳+淬回，1.02% ...

是的，低碳合金钢渗碳+淬回，高碳合金钢淬回，都出现白色组织。

该资料最后有几条总结，供参考：
1. 失效形式，前者（渗碳+淬回）为剥落凹坑，后者（淬回）是轴向裂纹。
2. 虽然两者因白色组织导致早期失效，但当前者残奥20% 以上时，其疲劳寿命仍高于后者。估计可能是因20%以上残奥的存在，不规则白色组织和轴向裂纹对疲劳寿命的影响变弱了。后者显示轴向裂纹与白色组织相伴，并作径向快速扩展。
3. 当前者残奥少于20%，呈现的是网状裂纹与白色组织相伴，网状裂纹位于次表面某一深度，且呈较大范围分布，这个深度与附近表面剪应力的最大影响深度大致相当。当该网状裂纹扩展到表面，就形成剥落凹坑。
4. 因此，前者残奥在20%以上，白色组织对疲劳寿命的下降影响比后者更小，且基本上不会出现早期剥落凹坑。

身在此山 · 发表于 2016-10-11 12:05:51

本帖最后由身在此山于 2016-10-11 13:28 编辑

孤鸿踏雪发表于 2016-10-11 10:53
能确定是轴承钢吗？什么状态？

顶楼图2 是材质成分表。其状态是热处理后的完工品轴承。
由于轴承要求较高的抗压强度和接触疲劳强度，国内轴承钢含碳量一般比较高（如GCr15含C 0.95-1.05%）。但图2 有低碳合金钢，不太符合国内轴承钢的成分特点。也不是没有道理，渗碳后表面还是高碳成分。

东方 · 发表于 2016-10-11 12:09:29

身在此山发表于 2016-10-11 09:45
愿闻其详......?

供参考

长风 · 发表于 2016-10-11 15:18:22

本帖最后由长风于 2016-10-11 15:38 编辑

国外有的文献证明这个白色的区域是超细晶的铁素体结构，同时里面包含其他的相，如夹杂物、球状碳化物

长风 · 发表于 2016-10-11 15:42:58

身在此山发表于 2016-10-11 12:05
顶楼图2 是材质成分表。其状态是热处理后的完工品轴承。
由于轴承要求较高的抗压强度和接触疲劳强度，国内 ...

铁路轴承用的就是渗碳钢

身在此山 · 发表于 2016-10-11 16:06:56

长风发表于 2016-10-11 15:18
国外有的文献证明这个白色的区域是超细晶的铁素体结构，同时里面包含其他的相，如夹杂物、球状碳化物 ...

结合前几楼几位专家的看法，这个白色组织可能是：
1. 超细晶的铁素体结构，同时里面包含其他的相，如夹杂物、球状碳化物（理由：白色？）
2. 应力导致局部微观区域亚结构发生明显较大变化（塑性变形？位错密度增加？），使光的折射和反射与周边明显不同（理由：几乎所有人都认为是应力引起的？）

谢谢前几楼专家的观点！显然，这不是我原先以为的一个偶然新现象，长期以来轴承制造商早就在关注研究探讨这个问题。

身在此山 · 发表于 2016-10-11 16:15:02

长风发表于 2016-10-11 15:42
铁路轴承用的就是渗碳钢

这么说，似乎大规格的重载轴承倾向选用低碳合金钢渗碳+淬回。
顶楼图1 轴承参数表显示，本文引述的轴承，最大接触疲劳强度的设计要求超过 2000 MPa。

cnszgong · 发表于 2016-10-11 19:10:33

本帖最后由 cnszgong 于 2016-10-11 19:26 编辑

身在此山发表于 2016-10-11 16:15
这么说，似乎大规格的重载轴承倾向选用低碳合金钢渗碳+淬回。
顶楼图1 轴承参数表显示，本文引述的轴承， ...

2楼的低碳合金钢渗碳+淬回，这材料的化学成分比较接近于国内的G20CrNi2Mo
类别: 渗碳轴承钢(GB/T 3203)
钢号: G20CrNi2Mo
统一数字牌号: B12210
C(％): 0.17～0.23
Si(％): 0.15～0.40
Mn(％): 0.40～0.70
P(％)≤: 0.030
S(％)≤: 0.030
Cr(％): 0.35～0.65
Mo(％): 0.20～0.30
Ni(％): 1.60～2.00
其他(％): Cu≤0.25

试样毛坯尺寸/mm: 25
抗拉强度σb/MPa|≥: 980
伸长率δ(%)|≥: 13
面缩率ψ(%)|≥: 45
冲击韧度aK/(J/cm^2): 78.5另一种像GCr15

长风 · 发表于 2016-10-12 08:47:08

身在此山发表于 2016-10-11 16:06
结合前几楼几位专家的看法，这个白色组织可能是：
1. 超细晶的铁素体结构，同时里面包含其他的相，如夹杂 ...

您是做轴承的吗？

身在此山 · 发表于 2016-10-12 11:26:35

长风发表于 2016-10-12 08:47
您是做轴承的吗？

不是，没有做过

cnszgong · 发表于 2016-10-12 14:57:43

身在此山发表于 2016-10-11 11:53
是的，低碳合金钢渗碳+淬回，高碳合金钢淬回，都出现白色组织。

该资料最后有几条总结，供参考：

20CrNi2Mo钢渗碳+淬回（只工作1.8万- 2.2万小时）残奥在20%以上，那可能这零件在刚新鲜出（热处理）炉时残奥更多。也许残奥30%以上！！！！

cnszgong · 发表于 2016-10-12 23:22:35

cnszgong 发表于 2016-10-12 14:57
20CrNi2Mo钢渗碳+淬回（只工作1.8万- 2.2万小时）残奥在20%以上，那可能这零件在刚新鲜出（热处理）炉时 ...

轴承零件在热处理过程中，保留了一定数量的残佘奥氏体，而奥氏体是一种不稳定相，随着时间或温度的变化，奥氏体将逐步转变为较稳定的马氏体组织，由于马氏体组织的体积大于奥氏体组织，因此，在转变过程中零件的体积将发生涨大。而马氏体组织自身也会产生分解，马氏体分解的结果会出现尺寸收缩的现象。轴承工作温度高对奥氏体的转变和马氏体的分解有促进作用。还有一种情况，零件在内应力释放过程中也会引起尺寸的改变。
以G20CrNi2Mo钢渗碳+淬回为例：在零件工作1.8万- 2.2万小时（大概2两年吧）残奥在20%以上，那可能这零件在刚新鲜出（热处理）炉时残奥在30%以上吧。

nbhyl · 发表于 2016-10-17 00:34:56

我也碰到了类似的白色物质，在GCr15淬回火后组织中，裂纹边上有白色物质，怀疑是铁素体，需要能谱验证一下。群里专家是否有答案结晓。

落水残阳 · 发表于 2017-1-25 12:49:11

可以参考哈里斯滚动轴承分析基础概念

身在此山 · 发表于 2017-1-25 14:44:56

落水残阳发表于 2017-1-25 12:49
可以参考哈里斯滚动轴承分析基础概念

该书一时未能找到，您能否对顶楼提出的疑问“白色组织到底是什么东西，怎样产生的，以及如何消除（或减轻程度）”谈一下该书的看法或观点？

热处理协会 · 发表于 2017-1-26 10:42:04

呵呵,这个东西确实属于应力所致,是什么组织只要运动脑子就会晓得,如果有人出20万,我会告诉他是什么,还有如何形成,如何解决,如何验证.

落水残阳 · 发表于 2017-1-26 11:40:46

身在此山发表于 2017-1-25 14:44
该书一时未能找到，您能否对顶楼提出的疑问“白色组织到底是什么东西，怎样产生的，以及如何消除（或减轻 ...

书上内容有一页，拣结论说一下
1、是什么东西？散布的超细化铁素体和碳化物组成；
2、怎样产生？与接触应力和循环次数有关
3、如何消除？这是正常失效所伴随的现象，可以选差的材料，早期失效，就没有了。呵呵。据说产生的源地与非金属夹杂物有关，夹杂物尽量少尽量小，然后可能晚点产生吧。。。
我觉得这就像人体器官机能衰退一样，一个人老死的时候，肯定可以看到某些方面机能衰退，最多想办法让这种衰退来得晚点或来得慢点，让它不来，这人得成仙

qibao9891 · 发表于 2017-1-26 12:43:40

有意思。
火钳刘明。
我有个猜想。
不应称为铁素体。都是……体。
但是木有条件验证。

qibao9891 · 发表于 2017-2-2 22:30:45

本帖最后由 qibao9891 于 2017-2-3 23:40 编辑

身在此山发表于 2017-1-25 14:44
该书一时未能找到，您能否对顶楼提出的疑问“白色组织到底是什么东西，怎样产生的，以及如何消除（或减轻 ...

此书已经上传论坛。有研究成果了，大神别忘给我们科普一下。

滚动轴承分析基础概念 - 热处理资料 - 热处理之家 http://rclhome.net/forum.php?mod=viewthread&tid=26156&fromuid=219

————————我是邪恶的分割线————————
致敬诸位网友：
本贴附书请用“好压”软件解压。可能是压缩时疏忽，默认了压缩格式为好压的“论坛”格式。所以可能会出现别的压缩软件打不开的问题。
或请静等，待我到电脑上重发通用格式压缩文件。
或请版主及诸位网友有好压软件的，代为更换下压缩格式。
引起不便，敬请见谅。
豹上

东方 · 发表于 2017-2-3 10:35:54

身在此山发表于 2017-1-25 14:44
该书一时未能找到，您能否对顶楼提出的疑问“白色组织到底是什么东西，怎样产生的，以及如何消除（或减轻 ...

前辈英文应该是杠杠滴附件可供您参考

骑驴者何人 · 发表于 2017-2-3 15:18:46

qibao9891 发表于 2017-2-2 22:30
此书已经上传论坛。有研究成果了，大神别忘给我们科普一下。

滚动轴承分析基础概念 - 热处理资料 - 热处 ...

下载下来打不开

qibao9891 · 发表于 2017-2-3 23:20:44

本帖最后由 qibao9891 于 2017-2-3 23:23 编辑

骑驴者何人发表于 2017-2-3 15:18
下载下来打不开

用好压解压。“好压”压缩软件解压。
我抽空去换个压缩格式。现在手机上网无法换。

可能是默认了好压软件的“论坛”模式。
本贴相关内容在那本书的203页。

身在此山 · 发表于 2017-2-4 10:09:59

东方发表于 2017-2-3 10:35
前辈英文应该是杠杠滴附件可供您参考

谢了，兄弟！
已下载，上班后找时间仔细拜读！

身在此山 · 发表于 2017-2-4 10:16:13

qibao9891 发表于 2017-2-2 22:30
此书已经上传论坛。有研究成果了，大神别忘给我们科普一下。

滚动轴承分析基础概念 - 热处理资料 - 热处 ...

非常感谢！
正在设法打开。

qibao9891 · 发表于 2017-2-4 20:28:46

身在此山发表于 2017-2-4 10:16
非常感谢！
正在设法打开。

已经更新为winrar格式。

身在此山 · 发表于 2017-2-5 09:33:39

qibao9891 发表于 2017-2-4 20:28
已经更新为winrar格式。

下载两次，还是打不开，弹出提示窗口如下图：

提示窗口.pdf (96.19 KB, 下载次数: 10)

qibao9891 · 发表于 2017-2-5 10:38:28

本帖最后由 qibao9891 于 2017-2-5 10:42 编辑

身在此山发表于 2017-2-5 09:33
下载两次，还是打不开，弹出提示窗口如下图：

发在百度网盘了。试试能行吗？
http://pan.baidu.com/s/1o8ucb4A
另外，请问您在一楼引用的文献的链接或原文或文章名能提供下吗？

身在此山 · 发表于 2017-2-5 14:13:45

本帖最后由身在此山于 2017-2-5 14:17 编辑

qibao9891 发表于 2017-2-5 10:38
发在百度网盘了。试试能行吗？
http://pan.baidu.com/s/1o8ucb4A
另外，请问您在一楼引用的文献的链接或原 ...

文献名：Investigations of Bearing Failures Associated with White Etching Areas (WEAs) in Wind Turbine Gearboxes
作者：Robert Errichello, Robert Budny and Rainer Eckert
刊物名：《Power Transmission Engineering- MARCH 2014》, P38-44
链接：WWW.POWERTRANSMISSION.COM

qibao9891 · 发表于 2017-2-5 21:45:00

本帖最后由 qibao9891 于 2017-2-5 21:52 编辑

楼主在1楼引用的文献，一并上传。

文献名：Investigations of Bearing Failures Associated with White Etching Areas (WEAs) in Wind Turbine Gearboxes
作者：Robert Errichello, Robert Budny and Rainer Eckert
刊物名：《Power Transmission Engineering- MARCH 2014》, P38-44

Investigations of Bearing Failures Associated with White Etching Areas (WEAs) in.pdf (652.25 KB, 下载次数: 13, 售价: 1 金钱)

东方 · 发表于 2017-2-6 09:53:39

本帖最后由东方于 2017-2-6 10:06 编辑

qibao9891 发表于 2017-2-5 21:45
楼主在1楼引用的文献，一并上传。

文献名：Investigations of Bearing Failures Associated with White Et ...

此文的结论指向表面残余的20%奥氏体提高了使用寿命似乎不妥，鄙人认为关键在于渗碳淬火后在1-4mm的次表层深度产生的压应力抵消了接触交变应力中的拉应力从而提高了使用寿命，这才应是此文的中心所在。
愚见莫见笑。

qibao9891 · 发表于 2017-2-6 13:13:39

东方发表于 2017-2-6 09:53
此文的结论指向表面残余的20%奥氏体提高了使用寿命似乎不妥，鄙人认为关键在于渗碳淬火后在1-4mm的次表层 ...

十分抱歉，我看不懂英文......

残余奥氏体提高此例寿命的这个结论确是对的。只是此文章没有能够总结出为什么残奥会提高此例寿命，这个理论将会很有趣。
当然残奥提高寿命的设想，并不排斥压应力抵消拉应力的增寿理论。

在我看来，本贴从头至尾隐藏着一个绝大的秘密，可能会引起对传统失效模型的重新审视和评估。
但是我的想法太过超前，没有见诸资料，且不完善。我也没有做实验去验证的条件。只能瞎想。我得想好了再说，免得像某sir落满篇笑柄。
而且前面有高人已经开了价，不想破坏人家生意。

qibao9891 · 发表于 2017-2-6 13:13:41

东方发表于 2017-2-6 09:53
此文的结论指向表面残余的20%奥氏体提高了使用寿命似乎不妥，鄙人认为关键在于渗碳淬火后在1-4mm的次表层 ...

十分抱歉，我看不懂英文......

残余奥氏体提高此例寿命的这个结论确是对的。只是此文章没有能够总结出为什么残奥会提高此例寿命，这个理论将会很有趣。
当然残奥提高寿命的设想，并不排斥压应力抵消拉应力的增寿理论。

在我看来，本贴从头至尾隐藏着一个绝大的秘密，可能会引起对传统失效模型的重新审视和评估。
但是我的想法太过超前，没有见诸资料，且不完善。我也没有做实验去验证的条件。只能瞎想。我得想好了再说，免得像某sir落满篇笑柄。
而且前面有高人已经开了价，不想破坏人家生意。

东方 · 发表于 2017-2-6 13:16:46

qibao9891 发表于 2017-2-6 13:13
十分抱歉，我看不懂英文......

残余奥氏体提高此例寿命的这个结论确是对的。只是此文章没有能够总结出为 ...

好吧看来暗藏玄机还是静待佳音

身在此山 · 发表于 2017-2-7 16:05:19

本帖最后由身在此山于 2017-2-7 16:14 编辑

东方发表于 2017-2-3 10:35
前辈英文应该是杠杠滴附件可供您参考

大致浏览了一遍。
这是一篇资料述评，发表于2013年1月，内容是对过去60多年来有关此问题的研究结论或观点予以归纳，并简单述评：

1. 白色组织：可能是极细的铁素体，走向大约是30°或80°（与轴向），30°白色细条一般3μ 宽，50μ 长，80°大约10μ 宽100μ 长。均位于次表面（深度100-200μ）
2. 形成原因：观点和假设很多（都有电子金相分析支持），普遍接受的看法是：轴承滚道在滚动接触疲劳条件下材料发生塑性变形，接触应力（主要与剪力相关）将残余马氏体中碳原子“挤出”（实际仍是扩散）。试验结果支持：白色细条边界伴有极薄片状碳化物；30°白色细条含C大约0.2%，80°白色细条含C几乎0%；白色组织硬度低于非白色组织。

这个问题现在基本清楚了。感谢您的资料！

您发在17F 图片引自这篇资料的中译本。

东方 · 发表于 2017-2-7 16:18:31

身在此山发表于 2017-2-7 16:05
大致浏览了一遍。
这是一篇资料述评，发表于2013年1月，内容是对过去60多年来有关此问题的研究结 ...

不用客气鄙人也是在学习受益中

qibao9891 · 发表于 2017-2-7 19:37:46

身在此山发表于 2017-2-7 16:05
大致浏览了一遍。
这是一篇资料述评，发表于2013年1月，内容是对过去60多年来有关此问题的研究结 ...

30°或80°应该是与圆周切向夹角，不是与轴向夹角。
353页那个图上标着Rolling direction和箭头。

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