随着风力发电的快速发展，风力发电机的稳定运行成为关键问题。特别是齿轮箱中的轴承，作为核心部件，承担着重要的功能。然而，轴承在高负荷、长期运行条件下容易出现早期失效，增加了维护成本，影响了整体效率。

非金属夹杂物（如硫化物和氧化物）在轴承中的存在，导致了白色腐蚀区（WEA）和白色腐蚀裂纹（WEC）的形成，这些损伤会加速轴承的失效进程。为了深入理解轴承的损伤机制，本研究分析了风力发电机齿轮箱故障轴承的微观损伤，提出了一个新的损伤进展模型，为今后的轴承设计和维护提供了新的思路。

本文将介绍如何通过分析轴承微观损伤，揭示其对轴承寿命和稳定性的影响，并为优化设计提供参考。

• 非金属夹杂物对轴承失效的影响：本研究深入分析了风力发电机齿轮箱故障轴承的微结构损伤，特别是非金属夹杂物（如硫化物和氧化物）对材料疲劳寿命的影响。
• 损伤进程的详细表征：通过扫描电子显微镜（SEM）和纳米压痕技术，研究揭示了由羽状裂纹、白色腐蚀区（WEA）和白色腐蚀裂纹（WEC）引发的轴承微观损伤进程。
• 创新的损伤假设模型：提出了轴承损伤从初期裂纹到最终失效的六阶段进展假设，详细描述了微裂纹、白色腐蚀区和裂纹扩展的形成和演化过程。
• 摩擦疲劳与裂纹传播交互作用：结合有限元分析（FEA），揭示了滚动接触疲劳（RCF）和裂纹起始、扩展机制的交互作用，促进了风力发电机轴承设计的优化。
  

• 风力发电机轴承的早期失效：风力发电机齿轮箱的轴承由于长期高负荷、频繁启停和恶劣工作环境，常出现早期失效。这种失效不仅影响发电效率，还会导致高昂的维修成本。
• 滚动接触疲劳（RCF）：轴承的故障通常源于滚动接触疲劳（RCF），尤其是在风力发电机中，由于风速波动，轴承承受高负荷和高频次启动，导致疲劳损伤。
• 白色腐蚀区（WEA）和白色腐蚀裂纹（WEC）：研究表明，非金属夹杂物（如硫化物（MnS）、铝氧化物（Al?O?））对轴承材料有显著影响。这些夹杂物可能在高接触压力下引发裂纹，进而导致白色腐蚀区（WEA）和白色腐蚀裂纹（WEC）的形成。
• 现有研究的不足：尽管许多研究关注了滚动接触疲劳和裂纹的起始，但对夹杂物对轴承微观结构的影响和损伤传播的具体机制研究不足。

• 研究选择了来自风力发电机齿轮箱的故障轴承样本，分别取自上风方向和下风方向的行星齿轮轴承。
• 轴承材料为100Cr6钢，该钢种被广泛用于轴承制造，具有优异的耐磨性和高强度。

• 使用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）分析轴承表面的微观损伤，识别并定量描述非金属夹杂物、羽状裂纹、白色腐蚀区（WEA）和白色腐蚀裂纹（WEC）。
• 通过剖面分析和微观结构分析，研究了损伤在不同深度的分布情况。

• 采用有限元分析（FEA）模拟了不同夹杂物对子表面应力的影响，预测了裂纹的起始与扩展过程。
• 模拟不同夹杂物类型（如完好、边界分离和内部开裂）对损伤扩展的影响，进一步揭示了裂纹起始与传播的机制。

• 提出了轴承损伤进展的六阶段假设，描述了从微裂纹到白色腐蚀区（WEA）和白色腐蚀裂纹（WEC）的形成过程，并预测了裂纹的扩展过程。

• 边界分离和内部开裂的夹杂物显著增加了裂纹的起始和扩展。内部开裂夹杂物比边界分离夹杂物更具破坏性，导致裂纹更快扩展。
• 非金属夹杂物在高接触压力下是裂纹扩展的主要引发因素。

• 白色腐蚀区（WEA）的形成与材料的碳化物溶解和钢基体的马氏体转变密切相关。
• 在疲劳循环过程中，WEA具有较高的硬度和脆性，容易在后续载荷作用下破裂。

• 白色腐蚀裂纹（WEC）的扩展加速了轴承表面的剥落，并导致轴承的最终失效。
• 轴承表面剥落后，二次裂纹网络形成，裂纹进一步扩展，最终导致轴承的完全失效。

• 提出的损伤进展六阶段假设能够有效描述从裂纹起始到轴承失效的全过程，且与实验结果高度一致。

• 进一步探索WEA和WEC的形成机制，特别是在复杂的接触疲劳条件下，如何有效预测和控制这些微观损伤的形成过程。
• 研究多因素影响：除了滚动接触疲劳，还应考虑润滑条件、温度和电流等因素对WEA和WEC形成的影响。
• 高级材料与表面处理：探索使用抗腐蚀合金或表面涂层来减少WEA的形成，从而延长轴承的使用寿命。

• 本研究为风力发电机轴承失效的深入理解提供了新的视角，尤其是白色腐蚀裂纹（WECs）和白色腐蚀区（WEAs）的形成过程。
• 为轴承设计、材料选择和维修提供了重要的理论依据，有助于提高风力发电机齿轮箱的可靠性和延长其使用寿命。
• 研究的成果对于其他高负载、高频率的机械部件（如航空航天和高端汽车）也具有广泛的应用潜力。