楊金艷, 劉小嫻, 李 磊

(南通市產品質量監(jiān)督檢驗所 國家鋼絲繩產品質量監(jiān)督檢驗中心, 南通 226011)

軸套是滑動軸承的一個組成部分[1],其內側靠端部鍍有合金鍍層。軸套固定在發(fā)動機曲軸上,起到支撐曲軸的作用,曲軸旋轉,而軸套固定不動,曲軸轉速為3 000 r/min,曲軸外側與軸套內側相連接,中間涂有潤滑油。某軸套僅運行2 d就出現(xiàn)鍍層脫落、破損現(xiàn)象。筆者采用一系列理化檢驗方法分析該軸套鍍層脫落、破損的原因,并提出了改進建議,以避免該類問題再次發(fā)生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

脫落軸套和未脫落軸套的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知:脫落軸套整個鍍層幾乎全部沿根部脫落;未脫落軸套鍍層完好,僅有工作時留下的劃痕。

圖1 脫落軸套和未脫落軸套的宏觀形貌

1.2 金相檢驗

在脫落軸套上取樣,對試樣進行磨制、拋光、腐蝕處理,然后將試樣置于光學顯微鏡下觀察,結果如圖2所示。由圖2可知:軸套鍍層存在裂紋以及大塊異常組織,缺陷沿鍍層根部分布;缺陷的一側呈弧狀向鍍層內部延伸,其中組織發(fā)白處為大塊條帶狀組織,黑色部分為帶狀組織脫落后留下的孔隙形成的裂口,帶狀組織邊部有一條細紋,帶狀組織與鍍層未融合在一起,且?guī)罱M織的底部有少量黑色裂口。

圖2 脫落軸套的微觀形貌

在未脫落軸套上取樣,對試樣進行金相檢驗,結果如圖3所示。由圖3可知:未脫落軸套的顯微組織未見異常。

圖3 未脫落軸套的微觀形貌

1.3 掃描電鏡(SEM)及能譜分析

脫落軸套和未脫落軸套表面的SEM分析結果如圖4所示。由圖4可知:脫落軸套的鍍層存在裂紋以及脫落斑點;未脫落軸套表面可見工作時留下的條帶劃痕。

圖4 脫落軸套和未脫落軸套表面的SEM形貌

在脫落軸套缺陷處取樣,對試樣進行SEM分析,結果如圖5所示。由圖5可知:鍍層處存在呈大塊白色條帶狀分布的異常組織,在異常組織邊緣可見向外延伸的裂紋;裂紋沿圓弧彎曲走向,異常組織沿鍍層根部分布。

圖5 脫落軸套缺陷處SEM形貌

在未脫落軸套的截面處取樣,對試樣進行SEM分析,結果如圖6所示。由圖6可知:鍍層處可見明顯的兩層結構,最外層彌漫分布著小塊白色組織,未見大塊白色帶狀組織。

對脫落軸套鍍層處的白色帶狀組織以及黑色組織進行能譜分析,結果如圖7所示。由圖7可知:白色帶狀組織與黑色組織的化學成分相差較大,白色帶狀組織為富錫合金相,黑色組織為富鋁合金相。

圖7 白色帶狀組織和黑色組織的能譜分析位置及結果

2 綜合分析

由上述理化檢驗結果可知:脫落軸套鍍層的脫落面積較大,整個鍍層幾乎全部脫落,脫落的鍍層沿根部整塊掉落。未脫落軸套的鍍層完好,軸套表面僅有工作時留下的劃痕。脫落軸套中的白色帶狀組織為富錫合金相,黑色組織為富鋁合金相。富錫合金相的熔點、強度、硬度均較低,而富鋁合金相的強度較高,兩者性能偏差較大[2],富鋁合金相為鍍層的基體組織,富錫合金相中存在大塊組織,使其不能很好地融合在基體組織內,兩者結合處較為薄弱。鍍層中組織的形貌、大小和分布情況對鍍層性能的影響較大[3]。富錫合金相平行于鍍層圓周,呈條帶狀分布,并且?guī)罱M織邊部與基體黑色組織之間存在明顯的邊界線。在工作時,軸套鍍層表面受到摩擦力的作用,富錫合金相的硬度和強度較低,在摩擦力的作用下,富錫合金相與基體組織結合處的鍍層會沿著帶狀組織邊部剝落[4-5]。未脫落軸套的鍍層中也存在富錫合金相,但富錫合金相呈彌散小塊狀分布于基體組織內部,未形成條帶狀組織,細小組織使得晶粒細化,鍍層組織結構均勻,進而增強了鍍層的穩(wěn)定性。當帶狀組織呈條塊狀分布時,鍍層的整體性被破壞,最終導致軸套鍍層脫落。

3 結論

軸套鍍層脫落的原因為:鍍層中存在大塊條帶狀組織,破壞了鍍層的連續(xù)性,其與基體結合處的鍍層較為薄弱;在工作過程中,軸套受到摩擦力的作用,鍍層從薄弱處萌生裂紋,最終導致其脫落。