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摘要：采用宏微觀觀察、金相檢查、受力分析等方法，研究了自潤滑軸承內(nèi)圈的掉塊原因。結(jié)果表明，軸承內(nèi)圈的失效性質(zhì)為沖擊疲勞斷裂；斷裂源于軸對軸承的沖擊力，沖擊位置固定、材料組織不均勻?qū)嗔丫哂写龠M(jìn)作用。
關(guān)鍵詞：自潤滑軸承；沖擊疲勞；失效
0引言
自潤滑軸承因其具有承載能力大、耐磨性好、使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于飛機著陸系統(tǒng)[1-2]。某型飛機的修理過程中發(fā)現(xiàn)其后起落架收放關(guān)節(jié)處的自潤滑軸承內(nèi)圈出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，為此通過對故障軸承進(jìn)行宏微觀觀察、金相檢查、受力分析，研究了掉塊原因，并提出了改進(jìn)建議，以避免類似失效故障再次發(fā)生。
1失效檢查
1.1外觀觀察
此軸承應(yīng)用于飛機起落架與機身的連接關(guān)節(jié)處，通過軸承內(nèi)外圈的相對轉(zhuǎn)動完成收放動作，在飛機降落時承受起落架的沖擊力。軸承由外圈（14Cr17Ni2）、內(nèi)圈（G95Cr18）及附著在外圈內(nèi)側(cè)的復(fù)合材料自潤滑層組成。其中，外圈和自潤滑層未見損傷；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。在體式顯微鏡下觀察內(nèi)圈斷口形貌。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。
1.2微觀檢查
在掃描電鏡下對掉塊斷口進(jìn)行觀察。斷口表面較為平坦，源區(qū)處無明顯的機械損傷、腐蝕及材質(zhì)缺陷。源區(qū)和擴展區(qū)均呈現(xiàn)韌窩+解理的混合形貌，瞬斷區(qū)表面被自潤滑復(fù)合材料覆蓋。
1.3硬度測試
對軸承內(nèi)圈進(jìn)行洛氏硬度測試，其硬度值為HRC57，符合技術(shù)規(guī)范HRC55～62的要求。
1.4金相檢測
在A裂紋附近沿軸向方向取樣，觀察軸承金相組織。軸承的金相組織為回火馬氏體+殘余奧氏體+粒狀碳化物。其中，部分殘余奧氏體尺寸較大、分布不均勻，粒狀碳化物在部分區(qū)域呈網(wǎng)狀分布。
2失效原因分析
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[3]。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[4]。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結(jié)論
基于上述分析，可得出三點結(jié)論。
1）軸承掉塊的失效性質(zhì)為沖擊疲勞斷裂，斷裂由軸對軸承的沖擊應(yīng)力引起。
2）軸承受到?jīng)_擊應(yīng)力最大的位置不變，材質(zhì)組織不均勻，促進(jìn)了疲勞裂紋的萌生。
3）建議對軸承的抗沖擊載荷能力進(jìn)行評估分析，合理控制其使用壽命；同時，嚴(yán)格控制軸承生產(chǎn)工藝，減少有害組織的生成。
參考文獻(xiàn)
[1]劉超峰.國內(nèi)自潤滑軸承用材料的研究與開發(fā)[J].鑄造技術(shù),2006(4).
[2]楊麗穎,李長春,王守仁.固體自潤滑軸承的設(shè)計與應(yīng)用[J].軸承,2004(3).
[3]叢韜，付秀琴等.鐵路輪對用軸承外圈開裂失效分析[J].理化檢驗：物理分冊，2014，50（8）：599-602.
[4]劉耀中左傳付.軸承鋼零件淬回火后的殘余奧氏體[J].軸承,2008（6）:48-51.
作者:李士樂 楊寶林 張秀麗 劉振華 單位:石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司