梁華 王珊珊 仇亞（yà）軍
（洛陽軸研科技股份有限公司）
由某公司送檢（jiǎn）的兩套飛機起動機軸承，均為國外進口深溝球軸承。軸承套圈及鋼球材質相（xiàng）當於國產GCr15，保持架材（cái）質相當於國產QAL10-3-1.5，圓形兜孔。軸承的潤（rùn）滑方式（shì）為噴射性油潤滑。據用戶介紹，這兩套軸承分別安裝在起動機本體和起動電機之（zhī）間（jiān）的離（lí）合器上，安裝（zhuāng）在同一根無錐度的軸上，軸承不承受軸向力，但有微小軸向裝配間隙，由離合器進（jìn）行起動電機和起動機本體的傳動聯結和脫開。
起動電（diàn）機的起動由起動電機通電帶（dài）動本體旋轉，此時由（yóu）於離合器工作，軸承的內外圈、滾動體及保持（chí）架沒有相對運動，每次起動電機接通時間（jiān）僅幾秒鍾，整個離合（hé）器Z大轉速達9000轉/min。起動機起動完（wán）畢進（jìn）入正常工作時，由於起動電機斷開，離合器脫開，軸承內圈不轉，軸承外（wài）圈相對於內圈轉動，轉速約36000轉/min，工作時間（jiān）不大於50s。
該起動電機在工作一段（duàn）時間後（起動次數約為首翻期壽命（mìng）的十分之（zhī）一），因起動電（diàn）機（jī）不工作，線路斷開。分解起動機，發現離合器上（shàng）兩套軸承旋轉不（bú）靈活（huó），其中一套的保持（chí）架斷裂。
1、宏觀檢（jiǎn）查
兩套軸承（chéng）的宏觀（guān）形貌如圖1所（suǒ）示，其（qí）中保持架斷（duàn）裂的（de）軸承編號為1號（hào），另一套編號為2號。
圖1 兩套失效軸承（chéng）的外觀形（xíng）貌
采用線切割方法將兩套軸承拆套（tào），采用120號（hào）溶劑汽油和酒精進（jìn）行清洗發現軸承內部僅有極（jí）少量的細砂（shā）粒。對兩套失效軸（zhóu）承進行外觀檢查發現：
1號軸承外圈色澤正常，溝道麵有輕微的磨損，無剝落現象發生，內（nèi）徑兩個引導麵均（jun1）有較嚴重的周向磨損，外徑麵色澤正（zhèng）常，但也有明顯的周（zhōu）向磨痕（hén）；內圈溝道麵色澤正常，有輕微（wēi）的磨損（sǔn），溝（gōu）角有翻邊現象，無剝落現象發生，一側端麵色澤光亮，內徑麵靠近端麵處分布有（yǒu）寬窄不同的兩條暗黑色且比較光亮的周向磨痕；8粒鋼球色澤光亮，無（wú）明顯異常；保持架一處斷（duàn）裂，所有兜孔均呈橢圓形且有明顯的磨損痕（hén）跡，斷裂處的兜孔磨損Z為嚴重，兩側鉚釘也發生了偏移，外徑麵靠近端麵兩側也有嚴重的磨損，如圖2所示。
圖（tú）2 1號軸承外觀（guān）
2號軸承（chéng）整體損壞（huài）部位與1號軸承基本一致，但各零部（bù）件均比1號軸承損壞情況（kuàng）要輕一些（xiē）：其中外圈外徑麵完好，內圈端麵及保持架兜孔磨損也輕一些（xiē），但鋼球較1號軸（zhóu）承（chéng）鋼球粗糙（cāo），色澤也暗一些，詳見圖（tú）3。
圖3 2號軸（zhóu）承外觀
2、硬度檢驗
由於軸承零件尺寸較小（xiǎo），故硬度測試在HR－150A洛氏硬度計和HBV－30A布維硬度計上進行，負荷選擇分別為（wéi）60kg和10kg，測（cè）試結果經換算後如表1所示。
表1 起動（dòng）機軸承零件的硬度（HRC）
注：套圈（quān）測試部位為端麵，鋼球的測試部位為表麵。
從表1的測試結果（guǒ）可知，送檢軸承各零件的硬度均符（fú）合ZJBJ11038－1993標準要求（58～62HRC），合格。
3、金相（xiàng）檢驗
（1）常規項目檢驗
軸承零件的金相檢（jiǎn）查在顯微鏡下進行。腐蝕劑采用4%硝酸酒精溶液。原材（cái）料檢驗參照軍（jun1）甲-61標準，熱處理（lǐ）質量參照ZJBJ11038－1993標準進行（háng）評定，檢驗結（jié）果如表2所示（shì）。
表2 軸承零件原材料及淬回火組織檢驗結（jié）果
從表2的（de）檢查結果可（kě）知，送檢兩套軸承的材料均符合（hé）軍標（biāo）軍甲—61標準要求。內圈和鋼球的淬回火（huǒ）組織偏粗，不符合ZJBJ11038－1993標準要求。
（2）軸承零件剖麵的金相組（zǔ）織檢（jiǎn）查
經檢查，兩套軸承零件的工作麵及一些非工作（zuò）麵均存在有不（bú）同程度（dù）的（de）燒傷現象，檢查結果如表3所示。
表3 軸承零件表麵金相組織檢查
由表3可以看出（chū）：
①1號軸承的燒傷情況（kuàng）較2號軸承（chéng）嚴重。
②1號軸承（chéng）零件燒傷的嚴重程度（dù）由弱到（dào）強的順序為外圈→內圈→鋼球，這說（shuō）明1號軸承的熱量來自內部，即（jí）由於（yú）內在因素導致的（de）零件燒傷的早期失效。
③2號軸承零件燒傷的嚴重程度無（wú）明顯（xiǎn）差別。
另（lìng）外，考慮到外圈內徑引導麵也有磨（mó）損，由此推測2號軸承的損壞（huài）可能（néng）主要是由於1號軸承（chéng）失效造成的。
（3）斷裂保持架（jià）斷口分析
觀察整體斷口形貌，發（fā）現由於兜孔磨損比較嚴重，保持架兜（dōu）孔壁厚大大縮小，Z厚（hòu）處（chù）尺寸為1.077mm，Z薄處尺寸為0.386mm，如圖11所示。變倍觀察發現斷口的（de）裂紋起源（yuán）主要有兩處，一處為兜孔的外徑斷口尺寸Z小處（chù）；另一處為兜孔的邊部（尖（jiān）角（jiǎo）處），此處（chù）也是軸（zhóu）承運轉過程中應力Z集中的地方。保持架（jià）兜孔外徑處斷裂源區及其瞬斷區形貌分別如圖12、圖（tú）13所示，兜孔的邊（biān）部（尖角處）裂紋源區斷口形貌如圖14所示。
將保持架采用超聲波清洗烘幹後放置在JSM-5610LV掃描電（diàn）子顯微（wēi）鏡下觀察斷口的（de）微觀（guān）形貌，並采用牛津EDS7582能（néng）譜儀（yí）對（duì）保持架基體成分（fèn）進行微區成分分析，結果表明保持架材料為鋁青銅。
4、結果分析（xī）
（1）從以上檢查結果可知，該套軸承的材料質量和（hé）熱處理硬度均符合國（guó）內現行軍（jun1）標（biāo）要求。淬回火組織按照現行軍標評定，外圈符合要求，但內圈和鋼球不符合要求（qiú）。由於（yú）各國標準之間存（cún）在一定差（chà）異，再加上軸承工作時間較短，由此認為該因素對軸承的早期失效可以不（bú）予考慮。
（2）根據掃描電鏡（jìng）及能譜分析的結果確定軸（zhóu）承保持架（jià）材料（liào）為（wéi）鋁青銅。保持架外徑麵及兜孔（kǒng）表（biǎo）麵磨損嚴重使得外（wài）徑變成了台階狀，兜孔由（yóu）圓形變（biàn）成了橢圓形（xíng）。尤其是發生斷裂的兜孔，Z小壁厚僅為0.386mm，兜孔兩側的鉚釘也變形了。從（cóng）電鏡分析結（jié）果（guǒ）可以確定斷口的開（kāi）裂源區主要為兜孔（kǒng）的外徑麵（Z小壁厚處）和兜孔的邊部（尖角（jiǎo）處），這兩處都是軸承運轉（zhuǎn）過程中應力Z集中的地方，因而也說（shuō）明保持架兜孔磨（mó）損發生在先，斷裂發（fā）生在後。
（3）從各軸承零件（jiàn）工作麵的色澤，並結合剖麵的金相組織（zhī）檢（jiǎn）驗結果可以確定：
①軸承起動時存在瞬間潤滑不良的情況，而且不止一次，從而導致軸承工作麵均存在不同程度的燒傷甚至二次淬（cuì）火層，鋼球（qiú）燒傷尤其嚴重，局部還有異金屬（保（bǎo）持架材料（liào））熔入現象，並存在（zài）三次淬火現象。
②1號軸承（chéng）零件燒傷的（de）嚴重程度由弱到強（qiáng）的順序為：外圈→內圈（quān）→鋼球，這說明1號軸承的熱量來自內部，即由於內在因（yīn）素導致的零（líng）件燒傷的早期失效。2號軸承零件燒傷的嚴重（chóng）程度無明顯差別，另外考慮到外圈內徑引導麵也有磨損，由此推測2號軸（zhóu）承的損壞可能主要是由於1號軸承（chéng）失效造成的。
③由於軸承（chéng）零件工作麵之間嚴重的磨損導致軸承保持架兜孔變形（xíng），工作麵燒（shāo）傷、受力不均、運轉失衡，內圈（quān）與軸相對旋（xuán）轉，並發生軸向位移，使得套圈外徑及端麵被相鄰零件磨損（sǔn），軸承轉動阻力增大，這樣形成惡性循環（huán），Z終導致保持（chí）架斷裂，軸承嚴重失效（xiào）。
（4）滾動軸承的失效（xiào）模式按其（qí）損傷機理大致可分（fèn）為：接（jiē）觸疲勞失效，磨擦磨損失效，斷裂失（shī）效，變形失效，腐（fǔ）蝕失效（xiào），以及遊隙變化失效等幾種基本模式。綜合以上分析情況可（kě）以判定，起動機軸承早期失效的主要（yào）模式為斷裂失效，主要是由於起動機進入正常工作的短時（shí）間內潤滑不良造成的——此時軸承外圈的轉（zhuǎn）速為36000轉/min，由於轉速高，時間短（不大於50s），如此的急加、減速會導致瞬時潤滑（huá）不良的（de）情況發生。從軸承零件工作麵嚴重燒（shāo）傷且色澤光亮來看，軸承在工作過程中很可能還存（cún）在斷油現象。
來源：《金屬加工：熱加工（gōng）》
