工业前沿 | 工业齿轮箱白蚀裂纹

 

工业齿轮箱在工业设备领域有着广泛的应用，其中包括部分极端苛刻的运行条件。工业齿轮箱持续地技术进步，大幅地提高了工业生产的效率，降低了运营成本。但是，因齿轮箱故障带来的影响依旧显著——例如：生产完全停工、产量损失、收入损失甚至合同丢失。

 

轴承是工业齿轮箱的基本部件之一；它的主要功能是支撑旋转轴，在齿轮之间传递扭矩时确保旋转轴保持在原位。齿轮箱发生故障，轴承是齿轮箱最常见的故障点。

 

20世纪90 年代末，白色腐蚀裂纹 (又简称白蚀裂纹；White Etching Cracks，WEC) 在汽车行业公开报道，目前已成为越来越受关注的话题，因为越来越多地轴承失效（特别是轴承的早期失效）与其关联。白蚀裂纹通常发生在钢表面以下约 1mm 处，是轴承钢微观结构下可观察到的裂纹， 白蚀裂纹可在轴承使用寿命期间的任何时候发生。在风电齿轮箱运行短短 6 到 24 个月内也曾观察到白蚀裂纹的产生，而风电行业的应用是对齿轮箱和润滑油脂均存在巨大挑战的应用。

 

白蚀裂纹不仅在汽车、风电行业观察到，同时也在水泥破碎机、压缩机、造纸机和起重机的齿轮箱中观察到，甚至在清洗机的齿轮箱中也观察到了白蚀裂纹现象。虽然质量等级低的钢材更容易发生白蚀裂纹现象，然而，白蚀裂纹现象的发生并不局限于钢材的类型、轴承的类型或热处理类型。因此，搞清白蚀裂纹发生的原因以及如何预防，则更具挑战。

 

 

针对白蚀裂纹的研究仍在继续，目前，行业达成的基本共识是白蚀裂纹现象是由多种因素共同作用形成，其中包括与应力相关的失效和环境弱化因素。

 

某特定应用中的纯机械载荷使局部应力超过材料强度时，就会发生与应力相关的失效。高冲击载荷、突变应力/张力、高速扭矩转换、高表面牵引力以及高速的加速或减速都可能促进白蚀裂纹的形成。

 

环境弱化是指因非机械载荷的影响而导致轴承在较低应力下失效。例如：水腐蚀、电化学腐蚀、杂散电流、摩擦副腐蚀以及一些可能产生氢的环境因素（产生的氢可能对轴承材料强度造成不利影响），都可能促进白蚀裂纹的形成。

 

润滑油脂可在水腐蚀、摩擦副腐蚀和可能产生氢的环境因素几个方面来影响白蚀裂纹的形成。目前相关行业已开展大量工作，旨在如何用专业技术知识来解释此类现象，搞清哪些因素可能会提高白蚀裂纹现象发生的机率。

 

尽管目前还没有一种确定的解决方案可以完全消除白蚀裂纹现象，目前采用的一些解决方案（例如：特制合金、黑色氧化物涂层和类金刚石的碳涂层等）可在一定程度上减少滚子轴承中白蚀裂纹的形成。

 

如果不能在第一时间防止白蚀裂纹的生成，至少不应促进白蚀裂纹的扩张，工业齿轮油 (IGO) 在这些方面可发挥重要作用。采用具有优异轴承保护性能的新添加剂技术，在滚子轴承行业对白蚀裂纹的相关测试中，其结果表明在相应测试条件下新的添加剂技术不会对白蚀裂纹的形成有促进作用。

 

 

除了不会促进白蚀裂纹的形成，高性能的工业齿轮油添加剂还需满足原始设备制造商 (OEMs) 最新工业齿轮箱所要求的优异性能，例如：优异的微点蚀保护性能、磨损保护、可靠的分水性能和泡沫控制。

 

轴承失效是工业齿轮箱最常见的失效形式之一。可在轴承寿命的早期发生，缩短轴承寿命。工业齿轮油虽不被认为是形成白蚀裂纹的决定性因素，但经常被怀疑是形成白蚀裂纹的一个促进因素，采用创新发展的高性能添加剂的工业齿轮油则不会促进白蚀裂纹的扩张，以确保最小停机时间带来的坚实经济效益。