多辊轧机支承轴承内圈滚道失效机理研究

本研究针对多辊轧机支承轴承内圈滚道失效问题，通过系统性分析其失效机制，揭示了材料疲劳、应力集中及润滑条件等因素对轴承寿命的影响。研究结果为高性能轴承设计与维护提供了关键理论依据，对提升轧制装备可靠性具有重要意义。

　　

在多辊轧机的高负荷连续作业环境中，支承轴承作为核心承力部件，其可靠性直接决定轧制效率与设备寿命。然而，内圈滚道作为轴承中最易发生失效的关键部位，长期面临疲劳剥落、裂纹扩展与润滑恶化等复杂问题，严重制约了轧机性能的进一步提升。现有研究多集中于宏观失效现象描述，对微观机制与多因素耦合作用的认识仍不充分，导致轴承设计与维护缺乏精准理论指导。为此，本研究聚焦内圈滚道失效的内在机理，通过多尺度分析与实验验证，旨在揭示其失效规律并提出针对性改进策略。

研究团队综合运用了扫描电子显微镜（SEM）观察失效形貌、能谱分析（EDS）检测材料成分、有限元分析（FEA）模拟应力分布以及疲劳寿命试验台加速实验等关键技术方法。实验样本来源于实际生产线上更换下的失效轴承部件，确保了数据的工程代表性。

失效形貌与材料特性分析

通过SEM观察发现，内圈滚道表面存在典型的疲劳剥落坑与径向裂纹，裂纹源多位于滚道次表层区域。EDS分析表明材料中碳化物分布不均，局部存在元素偏析，降低了材料的抗疲劳性能。结合硬度测试，发现滚道表面因加工硬化形成脆性层，加速了裂纹萌生。

应力分布与载荷特性模拟

利用FEA对轴承在典型轧制载荷下的应力场进行模拟，结果显示滚道接触区存在显著应力集中，最大等效应力超出材料疲劳极限。周期性交变载荷作用下，应力集中区域与实际失效位置高度吻合，证实了载荷特性对失效的主导影响。

润滑条件与失效关联性实验

通过对比不同润滑状态下的轴承寿命测试，发现润滑不足或油膜破裂会显著加剧滚道表面磨损与疲劳损伤。油液污染颗粒在滚道表面形成压痕，进一步成为裂纹萌生点，突出了润滑管理在延缓失效中的关键作用。

多因素耦合失效模型构建

综合实验与模拟结果，研究建立了考虑材料缺陷、应力集中与润滑状态的多因素耦合失效模型。该模型可定量预测轴承在不同工况下的剩余寿命，为状态监测与预防性维护提供了理论工具。

本研究系统阐明了多辊轧机支承轴承内圈滚道的失效机制，指出材料微观缺陷、应力集中与润滑恶化是导致失效的核心因素。所提出的多因素耦合模型不仅深化了对轴承失效规律的认识，更为高性能轴承的设计选型、工艺优化与智能运维提供了直接依据。研究成果发表于《Journal of Materials Research and Technology》，对推动轧制装备技术升级与可靠性提升具有重要工程价值。