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自潤滑軸承具有承載能力打，耐磨性好，使用壽命較長等優(yōu)點，廣泛應用于飛機著陸系統(tǒng)，但是在進行飛機修理時常會發(fā)現自潤滑軸承內圈出現掉塊的現象，或者自潤滑關節(jié)軸承出現磨損和斷裂的現象，針對這些失效的現象，本公司根據對軸承知識的了解，來分享相關自潤滑軸承失效實例的講解。
1、自潤滑軸承掉塊形貌圖及特征
如圖1所示，自潤滑軸承的外圈和自潤滑層末見損傷，內圈上端面出現掉塊，斷口呈月牙狀，斷口處無明顯的塑性變形及腐蝕現象。斷口的左側存在一處由斷口向基體擴展的裂紋（A裂紋），其內側已擴展至接近軸承上端面，外側擴展速度較內側緩慢。此外，在內圈上與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，向內擴展。
圖1 自潤滑軸承宏觀形貌
在體式顯微鏡下觀察內圈斷口形貌，結果見圖2。整個斷口上擴展棱線明顯，裂紋擴展路徑為：裂紋在軸承右側上端面處起源，而后沿軸承內側由內向外同時擴展。在沿內側擴展至左側上端面后，裂紋整體由內向外沿徑向擴展，最終在軸承外側形成瞬斷區(qū)。整個斷口外側尤其是拐角處存在較多黃棕色附著物，為軸承內外圈相對轉動過程中斷口刮下的自潤滑材料。
圖2 斷口體式形貌
2、自潤滑軸承掉塊的原因
經過宏觀和微觀檢查，以及金相檢測得知，軸承內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，軸承掉塊的性質為疲勞斷裂。
斷口裂紋起源于端面內側，并沿軸承內側及徑向擴展；在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(qū)附近，在軸承內側的擴展速度亦快于外側擴展速度。以上現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要求，但組織中較大的殘余奧氏體及網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。
由于飛機降落時起落架的下放角度相同，因而軸承受到沖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、自潤滑關節(jié)軸承磨損形貌圖及特征
如圖3、4所示，可見自潤滑關節(jié)軸承一端球面磨損較嚴重，已露出金屬基體，在軸承內、外圈之間為一層芳綸－聚四氟乙烯纖維織物襯墊，失效軸承的內圈仍可在外圈內隨意轉動。且內圈磨損球面對應的外圈滑動表面的襯墊已磨損，露出金屬基體。磨損均在球面的一端，而另一端球面與襯墊均完好。從球面360°圓周方向觀察發(fā)現，在球面340°范圍內均有磨損。
圖3自潤滑關節(jié)軸承宏觀形貌圖
圖4軸承內、外圈磨損宏觀形貌圖
4、自潤滑關節(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邊力作用較大，超出軸承正常使用工況，導致軸承摩擦副磨損加速，造成軸承磨損失效。
從軸承磨損失效情況來看，球面陶瓷涂層和襯墊均有磨損，露出金屬基體。對于自潤滑關節(jié)軸承磨損失效可以從以下３個方面來分析：
（1）從襯墊先磨損失效來分析，由球面磨損形貌可知軸承單邊受力較嚴重，導致軸承一端磨損較嚴重，在該處受力集中，超出襯墊的正常使用工況，導致該軸承中的襯墊快速損耗，襯墊磨穿后，使內圈陶瓷涂層和外圈金屬基體接觸，發(fā)生對磨，從而破壞了內圈陶瓷涂層，發(fā)生鋼－鋼對磨。
（2）從陶瓷涂層先磨損失效來分析，宏觀觀察可見陶瓷涂層有兩種脫落形式，一是在摩擦過程中陶瓷涂層逐漸減薄，最終露出金屬基體；二是陶瓷涂層結合較差，整塊剝落，這種現象主要集中在軸承靠近端面區(qū)域。該失效軸承發(fā)生嚴重磨損的區(qū)域正好位于內圈陶瓷涂層和金屬基體交界處，該處陶瓷涂層和金屬基體黏結相對薄弱，易于剝落。該軸承在實際工況中，當內圈陶瓷涂層和金屬基體交界處受單一方向載荷較大時，陶瓷涂層脫落，導致內圈金屬基體和襯墊發(fā)生對磨，進而導致襯墊磨損加速，最終發(fā)生鋼－鋼對磨。
（3）在軸承使用過程中，可能有外來異物進入摩擦副中，使磨損因數增大，加速軸承的磨損。根據用戶提供的試驗載荷譜可知，失效軸承在試驗過程中不受軸向力的作用。但從軸承磨損情況來看，軸承在受徑向力的同時，也受軸向力的作用。
5、自潤滑關節(jié)軸承斷裂形貌圖及特征
如圖5嗾使，軸承內圈斷口宏觀形貌圖，由圖5a、5b可知，裂紋處無明顯塑性變形，且且沿軸承端面向內部擴展。沿擴展方向人工打開裂紋形成斷口試樣(圖5c)，觀察該斷口發(fā)現斷面平坦、細膩，具有疲勞特征，其中在靠近內圈端面的斷裂面為裂紋源區(qū)，如圖5c中黑色箭頭所指區(qū)域。源區(qū)為點源，呈灰黑色;源區(qū)側表面(軸承端面)明顯可見磨損、輾壓特征，磨損方向為周向;整個斷口均可見明顯的疲勞擴展條紋(圖5d)。
圖5軸承內圈斷口宏觀形貌圖
6、自潤滑關節(jié)軸承斷裂原因分析
通過宏觀觀察可知，裂紋無明顯塑性變形，斷口平坦、細膩，擴展區(qū)可見明顯的疲勞輝紋，具有疲勞特征。由掃描電鏡觀察可知，軸承端面存在較明顯的黏著磨損特征，磨損方向為周向。由金相分析可知，斷口附近存在二次裂紋，并向內部擴展，在裂紋尾部還發(fā)生了扭曲變形，金屬流線清晰見;主裂紋周圍均未見異常，排除軸承制造過程中存在裂紋的可能性。軸承端面表層有明顯塑性變形層，且厚度不均，有些區(qū)域塑性變形層已脫落并形成了凹坑，表明該軸承端面受力不均，并且在塑性變形層中有微裂紋。
桿端自潤滑關節(jié)軸承進行疲勞試驗時受到拉壓載荷作用，如果軸承端面與工裝的平面度配合不好，存在間隙，軸承端面與工裝平面在試驗過程中會存在擠壓和相對位移，使兩平面發(fā)生黏著磨損。軸承每次拉壓都會產生金屬顯微組織的滑移，組織滑移累積后形成塑性流變層，塑性流變層越厚，表明磨損越嚴重。
失效軸承端面存在明顯的磨損、輾壓痕跡，這是典型的黏著磨損特征。軸承內圈端面裂紋的萌生主要是由于軸承端面與工裝平面存在黏著磨損，使得軸承端面發(fā)生金屬塑性流變，導致金屬發(fā)生滑移、折疊。當軸承端面受到較大的切應力時，就會使端面表層金屬發(fā)生塑性變形以致開裂，有些微裂紋向內部擴展，有些微裂紋則導致塑性變形層剝落，最終在軸承端面形成凹坑。
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