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自潤滑軸承具有承載能力打，耐磨性好，使用壽命較長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于飛機著陸系統(tǒng)，但是在進行飛機修理時常會發(fā)現(xiàn)自潤滑軸承內(nèi)圈出現(xiàn)掉塊的現(xiàn)象，或者自潤滑關(guān)節(jié)軸承出現(xiàn)磨損和斷裂的現(xiàn)象，針對這些失效的現(xiàn)象，本公司根據(jù)對軸承知識的了解，來分享相關(guān)自潤滑軸承失效實例的講解。
1、自潤滑軸承掉塊形貌圖及特征
如圖1所示，自潤滑軸承的外圈和自潤滑層末見損傷，內(nèi)圈上端面出現(xiàn)掉塊，斷口呈月牙狀，斷口處無明顯的塑性變形及腐蝕現(xiàn)象。斷口的左側(cè)存在一處由斷口向基體擴展的裂紋（A裂紋），其內(nèi)側(cè)已擴展至接近軸承上端面，外側(cè)擴展速度較內(nèi)側(cè)緩慢。此外，在內(nèi)圈上與A裂紋呈圓心對稱位置處還存在一處裂紋（B裂紋），此裂紋近似直線狀，從軸承上端面起源，向內(nèi)擴展。
圖1 自潤滑軸承宏觀形貌
在體式顯微鏡下觀察內(nèi)圈斷口形貌，結(jié)果見圖2。整個斷口上擴展棱線明顯，裂紋擴展路徑為：裂紋在軸承右側(cè)上端面處起源，而后沿軸承內(nèi)側(cè)由內(nèi)向外同時擴展。在沿內(nèi)側(cè)擴展至左側(cè)上端面后，裂紋整體由內(nèi)向外沿徑向擴展，最終在軸承外側(cè)形成瞬斷區(qū)。整個斷口外側(cè)尤其是拐角處存在較多黃棕色附著物，為軸承內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)動過程中斷口刮下的自潤滑材料。
圖2 斷口體式形貌
2、自潤滑軸承掉塊的原因
經(jīng)過宏觀和微觀檢查，以及金相檢測得知，軸承內(nèi)圈的掉塊斷口形貌平齊，擴展棱線清晰，源區(qū)、擴展區(qū)及瞬斷區(qū)明顯，無宏觀塑性變形，無腐蝕特征。由以上特征可以判定，軸承掉塊的性質(zhì)為疲勞斷裂。
斷口裂紋起源于端面內(nèi)側(cè)，并沿軸承內(nèi)側(cè)及徑向擴展；在軸承內(nèi)側(cè)的擴展速度大于徑向擴展速度。A裂紋起源于斷口源區(qū)附近，在軸承內(nèi)側(cè)的擴展速度亦快于外側(cè)擴展速度。以上現(xiàn)象均表明裂紋的形成源于軸對軸承的沖擊力。由于裂紋的存在，掉塊斷裂之前受到的實際沖擊力相對較小，故瞬斷區(qū)面積較小。雖然軸承的硬度符合技術(shù)要求，但組織中較大的殘余奧氏體及網(wǎng)狀分布的碳化物顯然會降低材料的沖擊韌性，減小其對沖擊載荷的承受能力。
由于飛機降落時起落架的下放角度相同，因而軸承受到?jīng)_擊載荷最大時的位置即斷口源區(qū)位置也固定。這也是B裂紋的位置與掉塊斷口的源區(qū)呈近似圓心對稱的原因。
3、自潤滑關(guān)節(jié)軸承磨損形貌圖及特征
如圖3、4所示，可見自潤滑關(guān)節(jié)軸承一端球面磨損較嚴重，已露出金屬基體，在軸承內(nèi)、外圈之間為一層芳綸－聚四氟乙烯纖維織物襯墊，失效軸承的內(nèi)圈仍可在外圈內(nèi)隨意轉(zhuǎn)動。且內(nèi)圈磨損球面對應(yīng)的外圈滑動表面的襯墊已磨損，露出金屬基體。磨損均在球面的一端，而另一端球面與襯墊均完好。從球面360°圓周方向觀察發(fā)現(xiàn)，在球面340°范圍內(nèi)均有磨損。
圖3自潤滑關(guān)節(jié)軸承宏觀形貌圖
圖4軸承內(nèi)、外圈磨損宏觀形貌圖
4、自潤滑關(guān)節(jié)軸承磨損原因分析
軸承表面磨損失效主要是由于軸承受單邊力作用較大，超出軸承正常使用工況，導(dǎo)致軸承摩擦副磨損加速，造成軸承磨損失效。
從軸承磨損失效情況來看，球面陶瓷涂層和襯墊均有磨損，露出金屬基體。對于自潤滑關(guān)節(jié)軸承磨損失效可以從以下３個方面來分析：
（1）從襯墊先磨損失效來分析，由球面磨損形貌可知軸承單邊受力較嚴重，導(dǎo)致軸承一端磨損較嚴重，在該處受力集中，超出襯墊的正常使用工況，導(dǎo)致該軸承中的襯墊快速損耗，襯墊磨穿后，使內(nèi)圈陶瓷涂層和外圈金屬基體接觸，發(fā)生對磨，從而破壞了內(nèi)圈陶瓷涂層，發(fā)生鋼－鋼對磨。
（2）從陶瓷涂層先磨損失效來分析，宏觀觀察可見陶瓷涂層有兩種脫落形式，一是在摩擦過程中陶瓷涂層逐漸減薄，最終露出金屬基體；二是陶瓷涂層結(jié)合較差，整塊剝落，這種現(xiàn)象主要集中在軸承靠近端面區(qū)域。該失效軸承發(fā)生嚴重磨損的區(qū)域正好位于內(nèi)圈陶瓷涂層和金屬基體交界處，該處陶瓷涂層和金屬基體黏結(jié)相對薄弱，易于剝落。該軸承在實際工況中，當(dāng)內(nèi)圈陶瓷涂層和金屬基體交界處受單一方向載荷較大時，陶瓷涂層脫落，導(dǎo)致內(nèi)圈金屬基體和襯墊發(fā)生對磨，進而導(dǎo)致襯墊磨損加速，最終發(fā)生鋼－鋼對磨。
（3）在軸承使用過程中，可能有外來異物進入摩擦副中，使磨損因數(shù)增大，加速軸承的磨損。根據(jù)用戶提供的試驗載荷譜可知，失效軸承在試驗過程中不受軸向力的作用。但從軸承磨損情況來看，軸承在受徑向力的同時，也受軸向力的作用。
5、自潤滑關(guān)節(jié)軸承斷裂形貌圖及特征
如圖5嗾使，軸承內(nèi)圈斷口宏觀形貌圖，由圖5a、5b可知，裂紋處無明顯塑性變形，且且沿軸承端面向內(nèi)部擴展。沿擴展方向人工打開裂紋形成斷口試樣(圖5c)，觀察該斷口發(fā)現(xiàn)斷面平坦、細膩，具有疲勞特征，其中在靠近內(nèi)圈端面的斷裂面為裂紋源區(qū)，如圖5c中黑色箭頭所指區(qū)域。源區(qū)為點源，呈灰黑色;源區(qū)側(cè)表面(軸承端面)明顯可見磨損、輾壓特征，磨損方向為周向;整個斷口均可見明顯的疲勞擴展條紋(圖5d)。
圖5軸承內(nèi)圈斷口宏觀形貌圖
6、自潤滑關(guān)節(jié)軸承斷裂原因分析
通過宏觀觀察可知，裂紋無明顯塑性變形，斷口平坦、細膩，擴展區(qū)可見明顯的疲勞輝紋，具有疲勞特征。由掃描電鏡觀察可知，軸承端面存在較明顯的黏著磨損特征，磨損方向為周向。由金相分析可知，斷口附近存在二次裂紋，并向內(nèi)部擴展，在裂紋尾部還發(fā)生了扭曲變形，金屬流線清晰見;主裂紋周圍均未見異常，排除軸承制造過程中存在裂紋的可能性。軸承端面表層有明顯塑性變形層，且厚度不均，有些區(qū)域塑性變形層已脫落并形成了凹坑，表明該軸承端面受力不均，并且在塑性變形層中有微裂紋。
桿端自潤滑關(guān)節(jié)軸承進行疲勞試驗時受到拉壓載荷作用，如果軸承端面與工裝的平面度配合不好，存在間隙，軸承端面與工裝平面在試驗過程中會存在擠壓和相對位移，使兩平面發(fā)生黏著磨損。軸承每次拉壓都會產(chǎn)生金屬顯微組織的滑移，組織滑移累積后形成塑性流變層，塑性流變層越厚，表明磨損越嚴重。
失效軸承端面存在明顯的磨損、輾壓痕跡，這是典型的黏著磨損特征。軸承內(nèi)圈端面裂紋的萌生主要是由于軸承端面與工裝平面存在黏著磨損，使得軸承端面發(fā)生金屬塑性流變，導(dǎo)致金屬發(fā)生滑移、折疊。當(dāng)軸承端面受到較大的切應(yīng)力時，就會使端面表層金屬發(fā)生塑性變形以致開裂，有些微裂紋向內(nèi)部擴展，有些微裂紋則導(dǎo)致塑性變形層剝落，最終在軸承端面形成凹坑。
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