Influence of hydrogen on premature failure of bearing steel
- Reference number
- SM14-0009
- Start and end dates
- 150101-170131
- Amount granted
- 948 915 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The objective of this project is to study mechanisms of premature failure of bearings, with focus on hydrogen induced damage. Premature failures are encountered e.g. in the wind turbine industry and may occur at bearing lives magnitudes of order shorter than predicted. It is crucial for SKF to gain better understanding of the underlying mechanisms in order to mitigate such failures through development of e.g. bearing steel, design and application technology. The results are expected to allow significantly improved reliability for the affected systems. Bearings and bearing steel will be subjected to test conditions known and strongly predicted to cause hydrogen-induced failures. State-of-the-art characterization methods will be used to study the influence of hydrogen by metallurgical and fractographical studies. The work will be performed at the Division of Materials Microstructure at the Department of Applied Physics, Chalmers University of Technology (Chalmers). The division has outstanding infrastructure for materials analysis and a strong track record in industrially relevant materials research, further enhanced here by the presence of SKF. The applicant will spend 40% FTE at Chalmers over a period of two years whilst the remaining time (60% FTE) will be at SKF. The stay allows the applicant to grow as researcher and research leader in the borderland between industry and academia, and benefits not only the applicant but the greater Swedish industry.
Popular science description
När ett rullningslager används sker närmast oundviklig utmattning av stålet i dess komponenter, vilket typiskt leder till haveri. Vid omständigheter där mekaniska laster dominerar utmattningen är de bakomliggande mekanismerna tämligen väl kända och lagrets livslängd kan förutses med god precision. Detta benämns som klassiskt haveri och förutsägbarheten medger att lagret kan bytas ut vid lämplig tidpunkt genom förebyggande underhåll. Under vissa förhållanden sker dock haveriet hastigt och oförutsägbart genom mekanismer som inte är kända i detalj idag. Här sägs lagret vara föremål för förtida haveri, vilket i de flesta industriella sammanhang leder till oplanerade driftstopp och ekonomiska förluster för användaren. Typexempel för denna typ av haverier finns inom vindkraftsindustrin och haverierna påverkar således globala användandet av förnybar energi. Tidigare forskning inom såväl industrin som akademin har identifierat faktorer som kan orsaka förtida haverier, t.ex. närvaron av väte i stålet. En stark hypotes är att vätet initierar eller accelererar utmattning på närmast atomär nivå, men detta har inte kunnat påvisats i experimentellt. Vätet i sin tur anses kunna härstamma från t.ex. korrosionsreaktioner, lagrets smörjmedel eller inverkan av elektriska krypströmmar. Kunskapen om de bakomliggande mekanismerna och händelseförloppen kring väteinducerade skador är idag otillräcklig och tidigare experimentella studier har huvudsakligen utförts under kraftigt förenklande förhållanden. Målet med detta projekt är att förvärva djupare kunskap om vilken inverkan väte har på förtida haverier i faktiska lagertillämpningar. Kunskapen förväntas ge SKF möjligheten till att: 1)"Förebygga förtida haverier genom utveckling av lagerstål, design och applikationsteknik. 2)"Bättre kunna beräkna livslängder vid de undersökta förhållandena genom förbättrade material- och utmattningsmodeller. Väte är svårt att analysera givet sina egenskaper som lätt och flyktigt ämne. I detta arbete tillämpas avancerade analystekniker på Chalmers kapabla till att studera väte och dess inverkan på stålet ned till atomär nivå. Projektet sammanför expertis inom SKF:s och Chalmers respektive styrkeområden (lagerstål och lagertillämpning, respektive avancerad materialkaktärisering och fysikalisk metallurgi) och förväntas leda till viktiga framsteg inom detta forskningsområde.