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LR、LFR、ZKLN、ZKLF系列轴承:轴承套圈表面的小孔腐蚀

发布时间:2019-07-11 21:06:00 点击:

 1 小孔腐蚀的特征
LR、LFR、ZKLN、ZKLF系列轴承-无锡钦盈机械有限公司2019年7月11日讯  近期以来,在轴承生产的各个环节,常发现轴承套圈表面出现单点或多点的准圆形或长圆形黑点状缺陷,如图1所示。特别是单点缺陷,经常会误认为是材料缺陷,对套圈进行金相制样发现,与材料缺陷不同的是,它们都发生在套圈的表面,内部尖深,内部的显微金相组织并无异常。进一步的微观分析可知,这些缺陷实质是一种表面局部腐蚀——小孔腐蚀。

图1 轴承套圈表面的局部腐蚀 (10×)

  小孔腐蚀外观为圆形或长圆形的黑(深灰)点,最大直径一般不超过0.2mm,随机分布且较分散。
  将点状缺陷进行纵向解剖,进行显微观察,腐蚀孔的截面形态为腐蚀垂直于表面向纵深发展(图2)。经分析,坑底物质主要是FeCl24H2O和Fe3O4,为腐蚀产物[1]。严重的小孔腐蚀还可能伴生氢脆或应力腐蚀,所以这是一种危害很大的缺陷。

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图2 小孔腐蚀

  2 小孔腐蚀形成机理
  正常情况下,金属表面都有一层钝化膜,保护金属不发生氧化和腐蚀,但由于金属表面存在化学或物理性质的不均匀性,例如较大的成分波动、非金属夹杂、异物粘附、机械损伤、氧化膜裂隙等等,使得表面钝化膜可能被破坏。失去了钝化膜的金属表面即处于活性溶解状态,此时如果遇到一定浓度的电解质溶液,电解质溶液中的侵蚀性阴离子(如Cl-)会受活性的金属表面阳离子作用而发生电迁移,富集于金属阳极表面,引起金属电极的腐蚀电位升高;当金属阳极腐蚀电位高到一定程度,达到形成腐蚀核的临界值,阳极开始溶解,阳极电流急剧增大,同时在金属表面形成凹坑。这是一个不可逆反应[1],如下
  Fe→Fe2++2e  (1)
  又由于表面的凹陷阻滞了阴离子(Cl-)和金属阳离子的向外扩散,凹坑内继Fe的阳极溶解反应之后,又进行了Fe2+的水解反应(可逆反应):
  Fe2++H2OFeOH++H+  (2)
  使得孔内H+的浓度增高,同时离子的电迁移过程也增加了孔内阴离子的浓度。如果阴离子为Cl-,这就相当于随着腐蚀孔的发展,不断向孔内添加HCl溶液一样。
  上述过程不断循环,腐蚀坑不断加深,形成小孔腐蚀(图3)。

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图3 钢在含Cl-溶液中的小孔腐蚀机理

  文献[2]示出了孔底阳极电流密度I=1A/cm2时,孔内的pH值随孔深度x的变化曲线,如图4所示。从图中曲线可以看到,若在孔外(x=0处)pH=10,那么孔深x=0.01cm处的pH值已剧降至4以下,亦即,此时孔底的H+的浓度比孔外的高一百万倍以上。

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图4 孔内溶液的pH值随孔深的变化

  3 小孔腐蚀再现试验
  取2个6205轴承内圈车制件,切割成两半,一半用于检查,一半用于小孔腐蚀再现试验。
  依据GB/T18254-2002,分别取2个套圈的一半,检查其低倍、非金属夹杂物、显微组织和碳化物均匀性(表1),均符合标准要求。

表1 套圈材料组织检查
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  再将2个套圈的另一半置于10%的HCl水溶液(pH=5)中,加热至50e(模拟南方夏日室外温度),保温30min,然后将试样用清水冲洗并拭干,样品表面会呈现一些很小的黑色腐蚀点。在腐蚀点位置切开样品,从截面观察腐蚀点,其形态特征及坑底腐蚀产物与图2和图3一致。
  4 小孔腐蚀预防与处理
  一般来说,光滑、清洁和干燥的表面上不易发生小孔腐蚀。轴承零件发生腐蚀的原因有很多,最常见的是潮湿空气、海风海水、汗液的侵蚀,防锈油(脂)氧化变质,以及工序间各种化学处理过程(如酸洗、酸印等)未能及时中和并清洗干净等等;还有目前一些地区环境污染严重,酸雨、酸雾频繁发生,其中富含的硝酸、盐酸使得零件产生小孔腐蚀的倾向大增[3]。
  小孔腐蚀的形成必须具备2个条件:金属表面钝化膜有局部破坏和金属表面有侵蚀性阴离子(如Cl-)存在。因此要预防零件发生小孔腐蚀,首先要保持零件表面清洁和避免物理和化学损伤,特别注意要避免接触含盐(NaCl)或酸的溶液。
  在轴承生产过程中,很多环节都有可能产生小孔腐蚀,特别是套圈车加工后的储存和周转环节。有时套圈车削后,没有马上进行热处理,这时表面的钝化膜比较脆弱易发生小孔腐蚀;由于车制件是毛坯零件,常常不重视对其进行必要的表面防护,提供良好的储存环境,避免磕碰伤,也导致了小孔腐蚀的发生;随着车制件储存时间的持续,可能会生成较深的腐蚀孔,以致于磨加工都不能消除这些小孔。
  一旦零件表面形成小孔腐蚀,如果其尺寸允许,应采用适当的磨削量,尽可能将腐蚀坑磨去,不留残余;并通过如喷淋防锈液等化学或电化学方法,重新建立表面钝化膜,以防腐蚀再次发生[3]。但在生产中亦应注意,由于小孔腐蚀深度较深,直径也较小,往往去除不彻底,导致孔底继续阳极反应,使小孔继续变深。因此,除过锈的零件最好在防锈液中浸泡一段时间,以改善金属阳极电位,恢复金属表面钝化膜。
  5 结束语
  小孔腐蚀不仅影响轴承的精度和表面粗糙度,而且还降低其使用寿命,甚至导致报废,因此应引起人们的充分重视。特别是处于潮湿、炎热、近海的气候环境,更要避免小孔腐蚀这类问题的产生。严格按照清洗防锈规程对加工过程中的轴承套圈进行防锈处理,使用的清洗液、防锈油(液)应满足工艺技术规定的要求;同时加快生产环节中的周转速度,防止各种磕碰伤。

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