自潤滑軸承具有承載能力、耐磨性好、使用壽命長等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于飛機(jī)著陸系統(tǒng),但在飛機(jī)維修中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自潤滑軸承內(nèi)環(huán)塊,或自潤滑關(guān)節(jié)軸承磨損斷裂,針對這些故障現(xiàn)象,中國軸承網(wǎng)(以下簡稱:中國軸承網(wǎng))根據(jù)軸承知識,分享相關(guān)自潤滑軸承故障實例。
1、自潤滑軸承塊形狀圖及特點
如圖1所示,自潤滑軸承外圈和自潤滑層末端損壞,內(nèi)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(cè)有一斷口擴(kuò)展到基體的裂紋(A裂紋),其內(nèi)側(cè)已擴(kuò)展到接近軸承上端面,外側(cè)比內(nèi)側(cè)慢。此外,內(nèi)圈與A裂紋呈圓心對稱位置的裂紋(B裂紋),裂紋類似于直線,從軸承上端面向內(nèi)延伸。
圖1 自潤滑軸承宏觀形貌
結(jié)果見圖2。整個斷口的邊緣擴(kuò)展明顯,裂紋擴(kuò)展路徑為:裂紋起源于軸承右上端,然后沿軸承內(nèi)側(cè)由內(nèi)向外擴(kuò)展。沿內(nèi)側(cè)擴(kuò)展到左上端后,裂紋從內(nèi)到外徑向擴(kuò)展,最終在軸承外形成瞬時斷裂區(qū)。在整個斷口的外側(cè),特別是在拐角處,有更多的黃棕色附著物,是軸承內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)過程中斷口的自潤滑材料。
圖2 斷口體式形貌
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(nèi)圈塊斷口形狀均勻,擴(kuò)展邊緣清晰,源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)明顯,無宏觀塑性變形和腐蝕特性。根據(jù)上述特點,軸承塊的性質(zhì)是疲勞斷裂。
斷裂裂紋起源于端面內(nèi)側(cè),沿軸承內(nèi)側(cè)和徑向擴(kuò)展;軸承內(nèi)側(cè)的擴(kuò)展速度大于徑向擴(kuò)展速度。A裂紋起源于斷口源區(qū)附近,軸承內(nèi)側(cè)的擴(kuò)展速度也快于外側(cè)。上述現(xiàn)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力相對較小,因此瞬斷區(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和網(wǎng)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(jī)降落時起落架的下放角度相同,軸承受最大沖擊載荷時的位置,即斷口源區(qū)的位置也固定。這也是為什么B裂紋的位置類似于塊斷口的源區(qū)域。
3、自潤滑關(guān)節(jié)軸承磨損圖及特點
如圖3、4所示,由此可見,自潤滑關(guān)節(jié)軸承一端球面磨損嚴(yán)重,金屬基體已暴露。軸承內(nèi)外圈為芳綸聚四氟乙烯纖維織物墊,故障軸承內(nèi)圈仍可在外圈內(nèi)隨意旋轉(zhuǎn)。內(nèi)圈磨損球面對應(yīng)的外圈滑動表面襯墊已磨損,露出金屬基體。磨損一端磨損,另一端球面和襯墊完好。從球面360°圓周觀察發(fā)現(xiàn)球面340°磨損在范圍內(nèi)。
圖3自潤滑關(guān)節(jié)軸承宏觀圖
圖4軸承內(nèi)外環(huán)磨損宏觀圖
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力大,超過軸承正常使用條件,導(dǎo)致軸承摩擦副磨損加速,導(dǎo)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(guān)節(jié)軸承磨損失效可從以下三個方面進(jìn)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(cè)應(yīng)力嚴(yán)重,導(dǎo)致軸承一端磨損嚴(yán)重,應(yīng)力集中,超過襯墊正常使用條件,導(dǎo)致軸承襯墊快速損失,襯墊磨損后,使內(nèi)圈陶瓷涂層與外圈金屬基底接觸,磨損,損壞內(nèi)圈陶瓷涂層,鋼磨。
(2)從陶瓷涂層的磨損失效分析可以看出,陶瓷涂層有兩種脫落形式。一是陶瓷涂層在摩擦過程中逐漸減薄,最終暴露金屬基體;二是陶瓷涂層組合差,整體剝落,主要集中在軸承端面附近。故障軸承嚴(yán)重磨損的區(qū)域位于內(nèi)圈陶瓷涂層與金屬基體的交界處,陶瓷涂層與金屬基體粘結(jié)較弱,易剝落。在實際工況下,當(dāng)內(nèi)圈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(dǎo)致內(nèi)圈金屬基體與襯墊對磨,加速襯墊磨損,最終發(fā)生鋼-鋼對磨。
(3)在軸承使用過程中,外來異物可能會進(jìn)入摩擦副,增加磨損因數(shù),加速軸承的磨損。根據(jù)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(guān)節(jié)軸承斷裂圖及特點
如圖5嗾使,軸承內(nèi)圈斷口宏觀形貌圖,由圖5a、5b裂紋處無明顯塑性變形,并沿軸承端向內(nèi)擴(kuò)展。沿擴(kuò)展方向人工打開裂紋形成斷口樣品(圖5)c),觀察斷面,發(fā)現(xiàn)斷面平整細(xì)膩,具有疲勞特征,其中靠近內(nèi)圈端面的斷面為裂紋源,如圖5所示c中黑色箭頭所指區(qū)域。源區(qū)為點源,灰黑色;源區(qū)側(cè)表面(軸承端面)磨損、滾動特征明顯,磨損方向周向;整個斷口可見明顯的疲勞擴(kuò)展條紋(圖5)d)。
圖5軸承內(nèi)圈斷口宏觀圖
6.分析自潤滑關(guān)節(jié)軸承斷裂的原因
從宏觀觀察可以看出,裂紋無明顯的塑性變形,斷口平整細(xì)膩,擴(kuò)展區(qū)可見明顯的疲勞輝紋,具有疲勞特征。根據(jù)掃描電鏡的觀察,軸承端面具有明顯的粘附磨損特性,磨損方向為周向。根據(jù)金相分析,斷口附近有二次裂紋,向內(nèi)擴(kuò)展,裂紋尾部扭曲變形,金屬流線清晰;主裂紋周圍無異常,排除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(qū)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(guān)節(jié)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(dǎo)致兩個平面粘附磨損。軸承每次拉動都會產(chǎn)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(yán)重。
故障軸承端面有明顯的磨損和滾動痕跡,典型的粘附磨損特征。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的粘著磨損,導(dǎo)致軸承端面的金屬塑性流變,導(dǎo)致金屬滑動和折疊。當(dāng)軸承端面受到較大的切應(yīng)力時,端面表面的金屬會發(fā)生塑性變形和開裂。一些微裂紋向內(nèi)擴(kuò)展,一些微裂紋導(dǎo)致塑性變形層剝落,最終在軸承端面形成凹坑。 更多的軸承信息和軸承知識可以在中國軸承網(wǎng)簡稱(中國軸承網(wǎng))上查詢