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Structural Changes Induced by Rolling Contact Fatigue – Results from Rig Testing and Field Experience

Published/Copyright: August 27, 2020
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 72 Issue 4

Abstract

Rolling element bearings are highly stressed in the contact area. For the design of these bearings both the knowledge of the acting contact stress and material and application specific stress limits are important. Data about stress limits are typically derived from rig testing results. Besides a statistic evaluation of life tests also an X-ray diffraction analysis of tested bearing components is possible. An X-ray analysis enables the detection of structural changes during the overrolling process. This kind of analysis can also be performed on bearings after use in field. A comparison between evaluation results from rig testing and from field experience enables the possibility to check the transferability from rig testing to the use in field. Several fatigue-exposed bearing components coming from different kinds of testing, were evaluated by X-ray diffraction analysis. Also, components from aeroengine bearings after use in field are investigated. All these bearing parts are made from M50, a high-speed steel which is used in critical aeroengine bearing applications. By comparing results from rig testing with results from use in field, it can be demonstrated, that it is possible to transfer findings from rig testing to the use in field.

Kurzfassung

Wälzlager sind hochbeanspruchte Maschinenelemente. Zur Auslegung dieser Lager sind Kenntnisse sowohl der im Wälzkontakt wirkenden Spannungen als auch der material- und anwendungsspezifischen Beanspruchungsgrenzen nötig. Daten über diese Beanspruchungsgrenzen werden typischerweise durch statistische Auswertung von Prüfstandversuchen gewonnen. Neben dieser Vorgehensweise kann auch eine röntgenografische Untersuchung von gelaufenen Teilen erfolgen. Eine derartige Analyse ermöglicht die quantitative Erfassung struktureller Veränderungen. Durch Vergleich entsprechender Ergebnisse an Teilen des Prüfstands und Teilen aus dem Feld kann die Übertragbarkeit der Prüfstandversuche auf reale Anwendungen geprüft werden. Ergebnisse röntgenografischer Untersuchungen an Lagerkomponenten aus verschiedenen Prüfstandversuchen werden mit Ergebnissen an Teilen aus dem Feldeinsatz verglichen und es kann gezeigt werden, dass wesentliche Ergebnisse aus den Prüfstandversuchen auf reale Anwendungen übertragen werden können.

Keywords: Rolling contact fatigue; contact stress; residual stress; stress limit; high-speed steel; evaluation by X-ray diffraction; structural changes; rig testing
Schlüsselwörter: Wälzermüdung; Beanspruchung im Wälzkontakt; Eigenspannungen; Beanspruchungsgrenze; Röntgenbeugung; Wälzlagerprüfstand; Schnellarbeitsstahl
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References

1. Beer, O.: Bearing Performance, Interrelation of Material Properties. Aerospace Bearing Symposium 2011, FAG Aerospace, Schweinfurt, 2011Search in Google Scholar

2. Beer, O.; Fella, J.: Untersuchung struktureller Veränderungen durch Überrollbeanspruchung mittels röntgenografischer Methoden. HTM J. Heat Treatm. Mat.70 (2015) 3, pp. 142–149, 10.3139/105.110260Search in Google Scholar

3. Macherauch, E.; Müller, P.: Das sin2Ψ-Verfahren der röntgenografischen Spannungsmessung. Zeitschrift für angewandte Physik13 (1961) 7, pp. 305–312Search in Google Scholar

4. Baron, H.-U.; Behnken, H.; Eigenmann, B.; Hirsch, T.; Pfeiffer, W.: Röntgenografische Ermittlung von Spannungen – Ermittlung homogener Spannungszustände in kristallinen, makroskopisch isotropen Werkstoffen. FA 13 der AWT, Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. Bremen, 2000Search in Google Scholar

5. Noyan, I. C.; Cohen, J. B.: Residual Stress Measurement by Diffraction and Interpretation. Springer, Berlin, 198710.1007/978-1-4613-9570-6Search in Google Scholar

6. Sackfield, A.; Hills, D. A.: Some Useful Results in the Classical Hertz Contact Problem. J. Strain Anal.18 (1983) 2, pp. 101–105, 10.1243/03093247v182101Search in Google Scholar

7. Johnson, K. L.: Contact Mechanics. Cambridge University Press, 1985, 10.1017/CBO9781139171731Search in Google Scholar

8. Hill, D. A.; Ashelby, D. W.: The Influence of Residual Stresses on Contact Load Bearing Capacity. Wear75 (1982) 2, pp. 221–240, 10.1016/0043-1648(82)90150-8Search in Google Scholar

9. Broszeit, E.; Adelmann, J.; Zwirlein, O.: Einfluß von Eigenspannungen auf die Werkstoffanstrengung in wälzbeanspruchten Bauteilen. Mat.-wiss. u. Werkstofftechn.16 (1985) 1, pp. 19–24, 10.1002/mawe.19850160106Search in Google Scholar

10. Voskamp, A. P.: Material Response to Rolling contact Loading. ASME J. Tribol., Vol 107, 3 (1985), pp. 359–366710.1115/1.3261078Search in Google Scholar

11. Gegner, J.; Nierlich, W.: Comparison of the Microstructural Changes and X-ray Diffraction Peak Width Decrease during Rolling Contact Fatigue in Martensitic Microstructures. In: Advances in Rolling Contact Fatigue Strength Testing and Related Substitute Technologies. STP 1548, ASTM Int. Conshohocken, PA, USA, 2012, pp. 303–328, 10.1520/stp104650Search in Google Scholar

12. Nierlich, W.; Gegner, J.; Brückner, M.: XRD Residual Stress Analysis for the Clarification of Failure Modes of Rolling Bearings. Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung62 (2007) 1, pp. 27–31, 10.3139/105.100405Search in Google Scholar

13. Böhmer, H. J.; Hirsch, Th.: Der Einsatz von Eigenspannungsmessungen zur Bewertung des Wälzermüdungsverhaltens von Werkstoffen. In: Bauteilversagen durch Mikrodefekte, DVM-Bericht 518, 1998, pp. 27–47Search in Google Scholar

14. Böhmer, H. J.; Lösche, Th.; Ebert, F. J.; Streit, E.: The Influence of Heat Generation in the Contact Zone on Bearing Behaviour. Proc. Int. Tribology ASME/STLE Conf., 26.–28.10.98, Toronto, Ontario, Canada, 1998Search in Google Scholar

Published Online: 2020-08-27
Published in Print: 2017-08-16

© 2017, Carl Hanser Verlag, München

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https://doi.org/10.3139/105.110419
Keywords for this article
Rolling contact fatigue; contact stress; residual stress; stress limit; high-speed steel; evaluation by X-ray diffraction; structural changes; rig testing

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