时间：2022-01-22 06:06:53
摘要：采用宏微观观察、金相检查、受力分析等方法，研究了自润滑轴承内圈的掉块原因。结果表明，轴承内圈的失效性质为冲击疲劳断裂；断裂源于轴对轴承的冲击力，冲击位置固定、材料组织不均匀对断裂具有促进作用。
关键词：自润滑轴承；冲击疲劳；失效
0引言
自润滑轴承因其具有承载能力大、耐磨性好、使用寿命长等优点，广泛应用于飞机着陆系统[1-2]。某型飞机的修理过程中发现其后起落架收放关节处的自润滑轴承内圈出现掉块现象，为此通过对故障轴承进行宏微观观察、金相检查、受力分析，研究了掉块原因，并提出了改进建议，以避免类似失效故障再次发生。
1失效检查
1.1外观观察
此轴承应用于飞机起落架与机身的连接关节处，通过轴承内外圈的相对转动完成收放动作，在飞机降落时承受起落架的冲击力。轴承由外圈（14Cr17Ni2）、内圈（G95Cr18）及附着在外圈内侧的复合材料自润滑层组成。其中，外圈和自润滑层未见损伤；内圈上端面出现掉块，断口呈月牙状，断口处无明显的塑性变形及腐蚀现象。断口的左侧存在一处由断口向基体扩展的裂纹（A裂纹），其内侧已扩展至接近轴承上端面，外侧扩展速度较内侧缓慢。此外，在内圈上与A裂纹呈圆心对称位置处还存在一处裂纹（B裂纹），此裂纹近似直线状，从轴承上端面起源，向内扩展。在体式显微镜下观察内圈断口形貌。整个断口上扩展棱线明显，裂纹扩展路径为：裂纹在轴承右侧上端面处起源，而后沿轴承内侧由内向外同时扩展。在沿内侧扩展至左侧上端面后，裂纹整体由内向外沿径向扩展，最终在轴承外侧形成瞬断区。整个断口外侧尤其是拐角处存在较多黄棕色附着物，为轴承内外圈相对转动过程中断口刮下的自润滑材料。
1.2微观检查
在扫描电镜下对掉块断口进行观察。断口表面较为平坦，源区处无明显的机械损伤、腐蚀及材质缺陷。源区和扩展区均呈现韧窝+解理的混合形貌，瞬断区表面被自润滑复合材料覆盖。
1.3硬度测试
对轴承内圈进行洛氏硬度测试，其硬度值为HRC57，符合技术规范HRC55～62的要求。
1.4金相检测
在A裂纹附近沿轴向方向取样，观察轴承金相组织。轴承的金相组织为回火马氏体+残余奥氏体+粒状碳化物。其中，部分残余奥氏体尺寸较大、分布不均匀，粒状碳化物在部分区域呈网状分布。
2失效原因分析
轴承内圈的掉块断口形貌平齐，扩展棱线清晰，源区、扩展区及瞬断区明显，无宏观塑性变形，无腐蚀特征。由以上特征可以判定，轴承掉块的性质为疲劳断裂[3]。断口裂纹起源于端面内侧，并沿轴承内侧及径向扩展；在轴承内侧的扩展速度大于径向扩展速度。A裂纹起源于断口源区附近，在轴承内侧的扩展速度亦快于外侧扩展速度。以上现象均表明裂纹的形成源于轴对轴承的冲击力。由于裂纹的存在，掉块断裂之前受到的实际冲击力相对较小，故瞬断区面积较小。虽然轴承的硬度符合技术要求，但组织中较大的残余奥氏体及网状分布的碳化物显然会降低材料的冲击韧性，减小其对冲击载荷的承受能力[4]。由于飞机降落时起落架的下放角度相同，因而轴承受到冲击载荷最大时的位置即断口源区位置也固定。这也是B裂纹的位置与掉块断口的源区呈近似圆心对称的原因。
3结论
基于上述分析，可得出三点结论。
1）轴承掉块的失效性质为冲击疲劳断裂，断裂由轴对轴承的冲击应力引起。
2）轴承受到冲击应力最大的位置不变，材质组织不均匀，促进了疲劳裂纹的萌生。
3）建议对轴承的抗冲击载荷能力进行评估分析，合理控制其使用寿命；同时，严格控制轴承生产工艺，减少有害组织的生成。
参考文献
[1]刘超峰.国内自润滑轴承用材料的研究与开发[J].铸造技术,2006(4).
[2]杨丽颖,李长春,王守仁.固体自润滑轴承的设计与应用[J].轴承,2004(3).
[3]丛韬，付秀琴等.铁路轮对用轴承外圈开裂失效分析[J].理化检验：物理分册，2014，50（8）：599-602.
[4]刘耀中左传付.轴承钢零件淬回火后的残余奥氏体[J].轴承,2008（6）:48-51.
作者:李士乐 杨宝林 张秀丽 刘振华 单位:石家庄海山实业发展总公司