Post-testing measurement of freely movable and diffusible hydrogen in context of WEC formation at cylindrical roller thr

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REPORT


ISSN 2223-7690 CN 10-1237/TH

RESEARCH ARTICLE

Post-testing measurement of freely movable and diffusible hydrogen in context of WEC formation at cylindrical roller thrust bearings from 100Cr6   Martin LINZMAYER1,*, Francisco Christopher SOUS1, Michael POHL2

GUTIÉRREZ

GUZMÁN1,

Gregor MANKE2,

Georg

JACOBS1,

1

Institute for Machine Elements and System Engineering, RWTH Aachen University, Schinkelstrasse 10, Aachen 52062, Germany

2

Institute for Materials, Material Testing, Ruhr University Bochum, Universitätsstr 150, Bochum 44801, Germany

Received: 17 January 2020 / Revised: 11 August 2020 / Accepted: 22 September 2020

© The author(s) 2020. Abstract: Sub‐surface crack networks in areas of altered microstructure are a common cause for bearing  failures. Due to its appearance under light microscopy, the damage pattern is referred to as White Etching  Cracks  (WEC).  The  root  causes  leading  to  the  formation  of  WEC  are  still  under  debate.  Nevertheless,  it  has  already  been  shown  that  atomic  hydrogen  can  have  an  accelerating  effect  on  the  formation  and  propagation  of  WEC.  In  addition  to  hydrogen  pre‐charging,  hydrogen  can  be  released  and  absorbed  during  rolling/sliding  due  to  the  decomposing  of  the  lubricant  and  water.  The  current  work  focuses  on  the analysis of the hydrogen content of cylindrical roller thrust bearings after testing in a FE8 type test rig  using  two  different  lubricants.  Within  the  framework  of  this  work,  two  different  hydrogen  analysis  methods  were  used  and  assessed  regarding  their  applicability.  The  results  show  that  the  so‐called  Hydrogen  Collecting  Analysis  (HCA)  is  more  suitable  to  investigate  the  correlation  between  lubricant  chemistry  and  hydrogen  content  in  the  test  bearings  than  the  Local  Hydrogen  Analysis  (LHA).  The  measurements  with  the  HCA  show  a  continuously  increasing  freely  movable  and  diffusible  hydrogen  content under tribological conditions, which leads to the formation of WEC. Comparative tests with an oil  without  hydrogen  showed  that  the  tendency  of  the  system  to  fail  as  a  result  of  WEC  can  be  reduced  by  using a lubricant without hydride compounds.    Keywords: White  Etching  Crack  (WEC);  White  Etching  Areas  (WEA);  hydrogen  content;  Hydrogen  Collecting  Analysis  (HCA);  freely  movable  hydrogen;  diffusible  hydrogen;  cylindrical  roller  thrust bearing; roller bearings; roller contact fatigue     

1    Introduction  The  estimation  of  the  service  life  of  rolling  bearings  is  usually  carried  out  following  DIN  ISO  281 [1] and assumes a failure caused by subsurface  initiated  rolling  contact  fatigue  (RCF).  However,  early  failures  due  to  cracks  in  regions  of  altered  microstructures  below  the  surface  have  occurred  over  the  years  in  various  applications,  including 

wind  turbines  [2–4],  motor  vehicles  [2,  4–6],  washing  machines  [2,  7],  paper  machines  [2,  5,  6],  a