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自潤滑軸承掉塊原因及自潤滑關節軸承磨損和斷裂舉例2022-07-24 01:10:00
自潤滑軸承具有承載能力、耐磨性好、使用壽命長等優點，廣泛應用于飛機著陸系統，但在飛機維修中經常發現自潤滑軸承內環塊，或自潤滑關節軸承磨損斷裂，針對這些故障現象，中國軸承網（以下簡稱：中國軸承網）根據軸承知識，分享相關自潤滑軸承故障實例。
1、自潤滑軸承的塊形圖、特點
如圖1所示，自潤滑軸承外圈和自潤滑層末端損壞，內圈上端表面脫落，斷口呈新月形，斷口無明顯塑性變形和腐蝕。斷口左側有一個從斷口擴展到基體的裂紋（A裂紋)，其內側已擴展到接近軸承上端面，外側的擴展速度比內側慢。此外，在內圈和內圈上A裂紋呈圓心對稱位置處還存在一處裂紋（B裂紋)，裂紋類似于直線，從軸承上端面向內延伸。
圖1
在體式顯微鏡下觀察內圈斷口的形狀，如圖2所示。整個斷口的邊緣明顯擴展，裂紋擴展路徑為：裂紋起源于軸承右上端，然后沿軸承內側由內向外擴展。在沿內側擴展到左上端后，整個裂紋從內到外徑向擴展，最終在軸承外形成一個瞬時斷裂區。整個斷口的外側，特別是拐角處有更多的黃棕色附著物，是軸承內外圈相對旋轉過程中斷口的自潤滑材料。
圖2 斷口形態
2、自潤滑軸承塊的原因
通過宏觀和微觀檢查，以及金相檢測，軸承內圈塊斷口形狀均勻，擴展邊緣清晰，源區、擴展區和瞬時斷裂區明顯，無宏觀塑性變形和腐蝕特性。根據上述特點，軸承塊的性質是疲勞斷裂。
斷裂裂紋起源于端面內側，沿軸承內側和徑向擴展；軸承內側的擴展速度大于徑向擴展速度。A裂紋起源于斷口源區附近，軸承內側的膨脹速度也快于外部膨脹速度。上述現象表明，裂紋的形成源于軸對軸承的沖擊。由于裂紋的存在，塊斷裂前的實際沖擊相對較小，因此瞬時斷裂面積較小。雖然軸承的硬度符合技術要求，但組織中較大的殘余奧氏體和網狀碳化物顯然會降低材料的沖擊韌性和對沖擊載荷的承載能力。
由于飛機降落時起落架的下放角度相同，軸承受沖擊載荷最大時的位置也固定在斷口源區。B裂紋的位置與斷裂的源區相似。
3、自潤滑關節軸承磨損圖及特點
如圖3、4所示，由此可見，自潤滑關節軸承一端球面磨損嚴重，金屬基體已暴露。軸承內外圈為芳綸聚四氟乙烯纖維織物襯墊，失效軸承內圈仍可在外圈內隨意旋轉。而且內圈磨損球面對應的外圈滑動表面的襯墊已經磨損，露出金屬基體。磨損在球面一端，另一端球面和襯墊完好無損。360°圓周方向觀察發現，在球面340°磨損在范圍內。
圖3自潤滑關節軸承宏觀圖
圖4軸承內外環磨損宏觀圖
4、分析自潤滑關節軸承磨損原因
軸承表面磨損失效主要是由于軸承受單力大，超過軸承正常使用條件，導致軸承摩擦副磨損加速，導致軸承磨損失效。
從軸承磨損失效的角度來看，球面陶瓷涂層和襯墊磨損，露出金屬基體。自潤滑關節軸承磨損失效可從以下三個方面進行分析：
（1）從襯墊磨損失效分析，從球磨損形狀可以看出，軸承單側應力嚴重，導致軸承一端磨損嚴重，應力集中，超過襯墊正常使用條件，導致軸承襯墊快速損失，襯墊磨損后，使內圈陶瓷涂層與外圈金屬基底接觸，磨損，損壞內圈陶瓷涂層，鋼磨。
（2）從陶瓷涂層磨損失效分析，宏觀觀察可以看出，陶瓷涂層有兩種脫落形式，一種是陶瓷涂層在摩擦過程中逐漸減薄，最終暴露金屬基體；另一種是陶瓷涂層組合差，整個剝落，主要集中在軸承端面附近。失效軸承的嚴重磨損區域位于內環陶瓷涂層與金屬基體的交界處，陶瓷涂層與金屬基體的粘結相對較弱，易剝落。在實際工況下，當內環陶瓷涂層與金屬基體交界處單向載荷較大時，陶瓷涂層脫落，導致內環金屬基體與襯墊磨損，加速襯墊磨損，最終發生鋼-鋼磨損。
（3）在軸承使用過程中，外來異物可能會進入摩擦副，增加磨損因數，加速軸承的磨損。根據用戶提供的試驗載荷譜，故障軸承在試驗過程中不受軸向力的影響。但從軸承磨損的角度來看，軸承也受到徑向力的影響。
5、自潤滑關節軸承斷裂圖的特點
如圖5所示，軸承內圈斷口的宏觀形狀由圖所示5a、5b可以看出，裂紋處沒有明顯的塑性變形，并沿軸承端向內擴展。沿擴展方向手動打開裂紋，形成斷口樣品（圖5c)，觀察斷面，發現斷面平整細膩，具有疲勞特征，其中靠近內圈端面的斷面為裂紋源，如圖所示5c中黑色箭頭指的區域。源區為點源，為灰黑色；源區側表面（軸承端面）磨損、滾動特性明顯，磨損方向周向；整個斷口可見明顯的疲勞擴展條紋（圖）5d)。
圖5軸承內圈斷口宏觀圖
6、分析自潤滑關節軸承斷裂原因
通過宏觀觀察，裂紋無明顯的塑性變形，斷口光滑細膩，擴展區可見明顯的疲勞光紋，具有疲勞特征。通過掃描電鏡觀察，軸承端面具有明顯的粘附磨損特性，磨損方向為周向。根據金相分析，斷口附近有二次裂紋，向內擴展，裂紋尾部扭曲變形，金屬流線清晰；主裂紋周圍無異常，消除了軸承制造過程中裂紋的可能性。軸承端表面有明顯的塑性變形層，厚度不均勻，部分區域的塑性變形層脫落，形成凹坑，表明軸承端表面力不均勻，塑性變形層有微裂紋。
桿端自潤滑關節軸承在疲勞試驗過程中受到拉載荷的影響。如果軸承端面與模具的平面度不匹配，則存在間隙。在試驗過程中，軸承端面和模具平面會有擠壓和相對位移，導致兩個平面粘附磨損。軸承每次拉動都會產生金屬微組織的滑動。組織滑動積累后，形成塑性流變層。塑性流變層越厚，磨損越嚴重。
故障軸承端面有明顯的磨損和滾動痕跡，這是典型的粘附磨損特征。軸承內圈端面裂紋的發生主要是由于軸承端面與模具平面的粘附磨損，導致軸承端面的金屬塑性流變，導致金屬滑動和折疊。當軸承端面受到較大的切應力時，端面表面的金屬會發生塑性變形和開裂，一些微裂紋向內擴展，一些微裂紋導致塑性變形層剝落，最終在軸承端面形成坑。更多的軸承信息和軸承知識，您可以查詢中國軸承網（中國軸承網）
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