【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （1）材料的冶煉質(zhì)量。點(diǎn)蝕疲勞失效和剝落疲勞失效在很大程度上和材料冶煉質(zhì)量的優(yōu)劣有關(guān)，表面缺陷、疏松及夾渣是點(diǎn)腐蝕的根源，也是疲勞失效的主要部位。研究指出，非金屬夾雜物對(duì)軸承壽命的影響隨夾雜物的類型、形態(tài)和數(shù)量的不同而異，以球狀不變形夾雜物對(duì)軸承壽命的危害最嚴(yán)重。夾雜物越大，危害越嚴(yán)重，而且能夠在較深處引起疲勞失效的發(fā)生。非金屬夾雜物中的氧化物夾雜和硅酸鹽夾雜物是非塑性氧化物，彈性模數(shù)小，易與基體形成局部間隔，造成應(yīng)力集中，而硫化物相對(duì)要好一些。帶狀碳化物主要是碳和合金元素在鋼中的不均勻分布，已會(huì)造成退火和淬火組織不均，縮短軸承壽命。 （2）熱處理狀態(tài)。熱處理狀態(tài)主要和疲勞失效有關(guān)。疲勞失效對(duì)金屬材料的組織很敏感，如馬氏體的含碳量，碳化物顆粒的大小和含量，表面和心部的硬度和硬度梯度，滲碳層厚度和過(guò)渡層厚度，表面層殘余應(yīng)力分布等，對(duì)疲勞失效均有很大的影響。滲碳鋼碳化物顆粒越細(xì)，分布越均勻越不易發(fā)生疲勞失效。滲碳鋼表面脫碳，使接觸疲勞強(qiáng)度下降。表面硬度越高(與內(nèi)部硬度應(yīng)匹配，其差別不可以太大)，其接觸疲勞強(qiáng)度越高，越不容易發(fā)生疲勞失效。表面硬度低時(shí)，如果載荷不是太大，由于表面材料塑性碾平的結(jié)果，不會(huì)發(fā)生疲勞失效。如果表面硬度不均勻，存在硬度相對(duì)較低的點(diǎn)，則容易出現(xiàn)疲勞失效。 （3）表面加工精度。零件表面的加工精度影響接觸應(yīng)力的分布。表面加工精度越差，表面接觸區(qū)內(nèi)的載荷集中越嚴(yán)重，接觸應(yīng)力越大，軸承越容易出現(xiàn)疲勞失效。表面粗糙度Ra值越小，應(yīng)力集中小，接觸疲勞壽命高。有關(guān)研究表明，表面粗糙度由Ra = =，接觸疲勞壽命可提高6~8倍。 （4）表面殘余應(yīng)力。接觸表面具有殘余壓應(yīng)力，則有利于接觸疲勞強(qiáng)度的提高，能推遲裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，提高軸承壽命。 （5）潤(rùn)滑油。軸承接觸表面之間若沒(méi)有潤(rùn)滑油存在，由摩擦引起磨損，磨損的速度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其疲勞裂紋發(fā)展的速度，此時(shí)疲勞失效就不會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)有潤(rùn)滑油存在時(shí)，油液將滲入已形成的裂縫之內(nèi)，產(chǎn)生巨大油壓，從而加速裂紋的發(fā)展。潤(rùn)滑油黏度越小，越易滲入，就越容易出現(xiàn)疲勞失效，反之則效果相反。 （6）接觸表面塑性變形。接觸摩擦表面上塑性變形層的深度決定了裂紋的凹坑分布及深度，而變形程度則決定疲勞裂紋的發(fā)展速度。表面層塑性變形的積累形成較大的殘余應(yīng)力，從而促進(jìn)疲勞裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展。最初裂紋分布在摩擦面以下的剪應(yīng)力較大的平面內(nèi)[5]。 磨損失效 工作過(guò)程中，軸承零件之間相對(duì)滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致其表面金屬不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。持續(xù)的磨損使零件尺寸和形狀變化，軸承配合間隙增大，工作表面形貌變壞從而喪失旋轉(zhuǎn)精度，由此引起工作溫度升高，振動(dòng)、噪聲、摩擦力矩增大等，導(dǎo)致軸承不能正常工作，稱為軸承的磨損失效。磨損是滾動(dòng)軸承常見(jiàn)的一種失效形式，是軸承滾道、滾動(dòng)體和保持架，由于軸向載荷不當(dāng)引起的表面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦而導(dǎo)致表面磨損，潤(rùn)滑不良會(huì)使軸承溫升加快，致使?jié)L動(dòng)體過(guò)熱，硬度下降，加劇磨損，使軸承凹面精度減低，運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低，增大振動(dòng)和噪聲而產(chǎn)生的失效。按其磨損形式可分為磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損和疲勞磨損等。其中最常見(jiàn)的為磨粒磨損和粘著磨損。微小金屬顆粒等異物的侵入是磨損的基本原因。另外機(jī)械振動(dòng)和安裝不當(dāng)，以及軸承本身存在質(zhì)量問(wèn)題，也會(huì)加快軸承的磨損。磨損的結(jié)果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度。對(duì)于精密機(jī)械軸承，往往是磨損限制了軸承壽命。 磨粒磨損軸承零件的摩擦面之間擠人外來(lái)硬顆?；蚪饘俦砻娴哪バ迹鹉Σ撩婺p的現(xiàn)象稱為磨粒磨損。其磨損表面有被磨粒摩擦留下的細(xì)槽痕跡，或是因?yàn)閴簼⒍霈F(xiàn)的麻點(diǎn)。外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時(shí)被移去的材料，一部分流動(dòng)到溝紋的兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來(lái)成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過(guò)程就就造成了軸承的磨粒磨損。樣品3和樣品4（見(jiàn)圖24）連桿大端內(nèi)壁出現(xiàn)的滾道兩側(cè)嚴(yán)重磨損屬于非正常磨損。對(duì)于滾動(dòng)軸承一類的磨擦副組件，其正常的磨損過(guò)程一般可分為三個(gè)階段：第一階段為磨合階段，磨損產(chǎn)生的磨粒很??；第二階段為正常磨損階段，產(chǎn)生的磨粒最大尺寸不超過(guò)15μm；第三階段為嚴(yán)重磨損階段，產(chǎn)生的磨粒尺寸在50μm左右，該階段磨粒數(shù)量和尺寸均急劇增大，即進(jìn)入疲勞剝落階段。因此，當(dāng)產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間沒(méi)有超過(guò)磨合期，而在滑油濾中檢查出剝落尺寸達(dá)1mm以上的滾子的磨損金屬屑末，實(shí)際上樣品早已進(jìn)人非正常磨損階段。 圖24 連桿滾針軸承顆粒磨損失效 粘著磨損粘著磨損主要是由于摩擦表面的顯微突起或摩擦異物使摩擦面受力不均，局部摩擦熱有可能使摩擦面形成顯微焊合。摩擦表面溫升高，會(huì)造成潤(rùn)滑油膜破裂，嚴(yán)重時(shí)表面層金屬將會(huì)局部熔化，接觸點(diǎn)產(chǎn)生粘著、撕脫、再粘著的循環(huán)過(guò)程，構(gòu)成粘著磨損。嚴(yán)重的粘著磨損會(huì)造成摩擦面的膠合和卡死。 燒傷損壞軸承的燒傷是指軸承零件在加工時(shí)因摩擦的擠壓變形產(chǎn)生很大的熱量，使其表面溫度急劇增高，局部瞬時(shí)可達(dá)800~1200氏度。如果冷卻不及時(shí)或不充分，將使零件產(chǎn)生退火，高溫回火或二次淬火為。這種現(xiàn)象就稱為燒傷。零件燒傷表面硬度會(huì)降低或產(chǎn)生龜裂。一般的燒傷用眼睛很難看出。但可以用酸洗的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。用眼睛能看出來(lái)的燒傷（零件表面發(fā)黃或發(fā)藍(lán)）是較為嚴(yán)重的燒傷。在生產(chǎn)過(guò)程中要避免發(fā)生。軸承零件的裂紋是指金屬零件在應(yīng)力作用下，當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)金屬的極限強(qiáng)度時(shí)，其內(nèi)部或表面便發(fā)生斷裂或局部斷裂現(xiàn)象，這種斷裂的宏觀缺陷稱為裂紋。裂紋的特征是有尖銳部或邊緣。金屬的裂紋有外裂、內(nèi)裂及折疊裂紋等。金屬的外裂可能用眼睛看或借助放大鏡觀察，金屬的內(nèi)裂要用探傷檢驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)，如浸油噴砂法、磁粉探傷法、射線探傷法、超聲波探傷法、滲透探傷法及渦流探傷法等。 引起軸承燒傷的可能性原因：（1）連桿滾針軸承潤(rùn)滑不良；（2）過(guò)大載荷或預(yù)壓過(guò)大；（3）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)大；（4）游隙過(guò)小；（5）水、異物的侵入；（6）連桿、曲柄銷的精度不良、曲柄銷撓度大。曲柄銷的燒傷損壞由于工作溫度過(guò)高，潤(rùn)滑油不足，而樣品3和樣品4的連桿大頭內(nèi)側(cè)并無(wú)燒傷損壞，可判斷出曲柄銷的潤(rùn)滑不當(dāng)可能是油孔堵塞或者裝配時(shí)曲柄銷油孔與曲柄通油孔配合不當(dāng)。 a. 樣品1連桿大頭內(nèi)側(cè)燒傷損壞 c. 樣品1滾針燒傷損壞 圖25 燒傷損壞滾動(dòng)軸承滾道表面燒傷滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其滑動(dòng)摩擦的零件間，若溫度急劇升高，潤(rùn)滑劑失效，金屬表層組織改變，嚴(yán)重時(shí)，發(fā)生金屬粘接，軸承卡死。燒傷是摩擦熱急劇增加所引起的一種瞬時(shí)顯像，具有粘著磨損的特點(diǎn)。高速軸承中，因摩擦熱較大，若潤(rùn)滑油供給不足，潤(rùn)滑油質(zhì)不符合要求或變質(zhì)，易于引起燒傷，使軸承滾道、滾動(dòng)體回火，表面有明顯的回火色。 塑性變形失效在外力和環(huán)境溫度的作用下，軸承零件表面局部塑性流動(dòng)或整體的變形，致使整套軸承不能正常工作而造成的失效稱為變形失效。例如保持架翹曲或框形保持架變形、靠套等都會(huì)造成軸承的早期失效。另外軸承摩擦造成的表面塑性劃痕也會(huì)引起振動(dòng)和噪聲增大、溫度升高，從而加快軸承的早期失效。保持架變形或斷裂是由于裝配或使用不當(dāng)可能引起保持架變形甚至斷裂，增加它與滾動(dòng)體之間的摩擦，甚至使某些滾動(dòng)體卡死不能滾動(dòng)，也可能造成保持架內(nèi)外圈發(fā)生摩擦等。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使振動(dòng)、噪聲與發(fā)熱加劇，導(dǎo)致軸承損壞。樣品2的滾針軸承發(fā)生嚴(yán)重的磨損和塑性變形，保持架和滾針均受到燒傷損壞和污染，滾針與保持架之間相互卡死失效，致使?jié)L針軸承完全喪失其應(yīng)有的作用。造成樣品2滾針軸承完全失效的是多因素相結(jié)合的結(jié)果。主要有使用因素（安裝調(diào)整、使用保養(yǎng)和維護(hù)等）和制造質(zhì)量因素（設(shè)計(jì)、制造工藝和材料質(zhì)量等）。發(fā)生強(qiáng)力摩擦必然是潤(rùn)滑系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，可以認(rèn)為，連桿滾針軸承潤(rùn)滑不正常，首先壓制了滾針與保持架、連桿大頭內(nèi)壁、曲柄銷之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加劇滾針與保持架，滾針軸承與曲柄銷、連桿大頭內(nèi)壁的滑動(dòng)摩擦，隨著磨損的不斷繼續(xù)，導(dǎo)致針與保持架，滾針軸承與曲柄銷、連桿大頭內(nèi)壁相互發(fā)生嚴(yán)重的滑動(dòng)摩擦，強(qiáng)烈的摩擦使各個(gè)零件表面產(chǎn)生高溫，使軸承表層出現(xiàn)二次淬火馬氏體，而這種馬氏體抗疲勞特性較差，組織較脆，最終使得滾針軸承完全失效，喪失其應(yīng)有的產(chǎn)品功能。 b. 樣品2滾針嚴(yán)重破損失效圖26 樣品滾針軸承嚴(yán)重破損失效在軸承失效分析方法中，往往會(huì)碰到許多錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)象，各種試驗(yàn)結(jié)果可能是相互矛盾的，或者主次不易分清，這就需要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、論證，以獲得足夠得證據(jù)或反證。在整個(gè)分析過(guò)程中，只有運(yùn)用正確得分析方法、程序和步驟，才能找到真正的失效原因，得到正確得結(jié)論。在做失效分析時(shí)必須從影響軸承壽命的外部條件因素(包括主機(jī)環(huán)境條件、安裝調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng)和潤(rùn)滑條件等)到內(nèi)在質(zhì)量因素(包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料質(zhì)量和冷熱加工質(zhì)量等)給予綜合分析，盡快地確認(rèn)分析的主要程序，最終得出軸承失效的原因。 微觀分析痕跡分析是失效分析中常用的一種分析方法和技術(shù)。通過(guò)痕跡分析，不僅可對(duì)事故和失效的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程做出判斷，而且可為事故和失效分析結(jié)論提供可靠的佐證和依據(jù)。裂紋分析技術(shù)。裂紋是材料表面或內(nèi)部完整性或連續(xù)性被破壞的一種現(xiàn)象，是斷裂的前期，斷裂則是裂紋發(fā)展的結(jié)果。裂紋分析包括裂紋的無(wú)損檢測(cè)、表面分析、光學(xué)金相分析及裂紋打開(kāi)后的斷口分析等內(nèi)容。斷口分析技術(shù)。斷口是斷裂失效中兩斷裂分離面的簡(jiǎn)稱。由于斷口真實(shí)地記錄了裂紋由萌生、擴(kuò)展直至失穩(wěn)斷裂全過(guò)程的各種與斷裂有關(guān)的信息。因此，斷口上的各種斷裂信息是斷裂力學(xué)、斷裂化學(xué)和斷裂物理等諸多內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果，對(duì)斷口進(jìn)行定性和定量分析，可為斷裂失效模式的確定提供有力依據(jù)，為斷裂失效原因的診斷提供線索。顯微組織和斷口表面結(jié)構(gòu)的特征在材料失效分析中起著突出的作用。對(duì)此最普通的工具是光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM )，這些工具在特定情況下都有其優(yōu)點(diǎn)，充分了解這些工具的特點(diǎn)，可以達(dá)到其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。另外，還有一批工具和技術(shù)在失效分析中是很有用的，如X射線熒光分析、X射線衍射、二次離子質(zhì)譜(SIMS) ， X射線光電子能譜(XPS)等都是材料失效分析中常用到的儀器。 硬度檢查可根據(jù)被測(cè)工件的硬度值高低及尺寸分別選用布氏、洛氏、維氏或里氏硬度計(jì)，按GB/T 231及JB/T 7361的規(guī)定進(jìn)行。，滾子直徑不大于15mm，所測(cè)曲面硬度應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12552001的附錄D的表D表D2規(guī)定加上修正值。球面滾子的硬度測(cè)定在端面上進(jìn)行。 顯微組織用金相顯微鏡在500（倍）下評(píng)定，亦允許在（450~600）下進(jìn)行，但應(yīng)考慮放大倍數(shù)的影響。退火組織采用2%硝酸酒精或5%苦味酸酒精溶液浸蝕，根據(jù)碳化物的尺寸、數(shù)量及形狀按第一級(jí)別圖評(píng)定；淬回火組織以縱斷面為準(zhǔn)，采用2%~4%硝酸酒精溶液浸蝕，馬氏體組織根據(jù)馬氏體粗細(xì)程度及殘留碳化物顆粒大小和數(shù)量按第二級(jí)別圖，淬火后若判別不清過(guò)熱組織時(shí)，允許回火后進(jìn)行；屈氏體根據(jù)其形狀、大小和數(shù)量按第三級(jí)別圖評(píng)定；貝氏體根據(jù)貝氏體粗細(xì)程度及殘留碳化物的尺寸、數(shù)量及形狀按第六級(jí)別圖評(píng)定。 網(wǎng)狀碳化物，用金相顯微鏡在500下評(píng)定，亦允許在（450~600）下進(jìn)行，但應(yīng)考慮放大倍數(shù)的影響。正常淬火后在試樣橫斷面上進(jìn)行，采用4%硝酸酒精溶液深腐蝕，按第四級(jí)別圖評(píng)定。 裂紋，裂紋檢查可采用磁力探傷（標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12552001的附錄B）、冷、熱酸洗（標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12552001的附錄C）及其他儀器和方法檢查，有爭(zhēng)議時(shí)，以熱酸洗為準(zhǔn)。 脫碳及軟點(diǎn)，表面脫碳及軟點(diǎn)可采用冷酸洗（見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12552001附錄C）檢查；脫碳層深度的檢查方法按JB/T 7362規(guī)定執(zhí)行，用金相法測(cè)定時(shí)，在退火狀態(tài)下用2%硝酸或5%苦味酸酒精溶液浸蝕，對(duì)熱鐓鋼球，試件磨面應(yīng)垂直于環(huán)帶；在淬回火狀態(tài)下用4%硝酸酒精溶液浸蝕。脫碳層以最深處為準(zhǔn)。 回火穩(wěn)定性，將被測(cè)試樣或零件按工藝文件規(guī)定的回火工藝規(guī)范進(jìn)行再次回火，檢查回火前后相應(yīng)點(diǎn)的硬度差。 奧氏體晶粒度，按YB/T 5148的規(guī)定。 具體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)參考JB/T 12552001高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件。 連桿滾針軸承的潤(rùn)滑 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)中，機(jī)油即連桿滾針軸承的潤(rùn)滑油。機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的作用： 1）潤(rùn)滑作用。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)油必須能來(lái)回流動(dòng)以減小金屬機(jī)件之間的互相磨損。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升后，機(jī)油又必須具有適當(dāng)?shù)恼扯?，用油膜均勻地包覆每一個(gè)零件，以避免機(jī)件直接摩擦，減少機(jī)件磨損的速度。在冬天啟動(dòng)摩托車時(shí)，如果機(jī)油的粘度太高，會(huì)使曲軸不易活動(dòng)而難以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。氣溫愈低，機(jī)油就會(huì)愈粘稠，所以這時(shí)應(yīng)用低粘度的機(jī)油。 2）防腐蝕作用。汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒時(shí)，因燃燒不完全而產(chǎn)生水氣和一氧化碳，造成發(fā)動(dòng)機(jī)積碳。這積碳一旦與曲軸箱中的水氣起化學(xué)反應(yīng)，就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕。所以，機(jī)油的另一個(gè)作用就是中和這些造成腐蝕的成分。3）清潔功能。機(jī)油還有清潔發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的功能。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中，會(huì)因燃燒不完全產(chǎn)生樹(shù)脂性堆積物，這些堆積物會(huì)和曲軸箱內(nèi)的氧氣結(jié)合，造成有害的化合物。這些化合物一旦受熱，就會(huì)附著在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壁，造成磨損和刮痕。所以在機(jī)油里還添加分離清潔劑以掃除這些污垢。機(jī)油在循環(huán)使用過(guò)程中，還會(huì)把機(jī)件磨損產(chǎn)生的金屬屑帶走，以防增加機(jī)件的磨損。4）冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部位。由于機(jī)油具有導(dǎo)熱性能，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)不斷流動(dòng)循環(huán)，所以，機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱、離合器、氣門組件等都起到冷卻作用。即使是水冷發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠用水冷卻的部分也只有汽缸頭和汽缸壁，其它部位仍要靠機(jī)油來(lái)冷卻。5）防漏特性?；钊推自诠ぷ鲿r(shí)要具有一定的密合要求，所以當(dāng)活塞和汽缸因磨耗而產(chǎn)生間隙時(shí)，就要靠機(jī)油的密合作用，以防止汽缸的壓力流失。除此之外，也要具備保護(hù)活塞環(huán)的功能，以免大量機(jī)油進(jìn)人燃燒室，造成燃燒困難。至于少量已進(jìn)人燃燒室的機(jī)油，則必須要能夠被完全燃燒才行。6）防止氣泡產(chǎn)生。當(dāng)機(jī)油在曲軸箱內(nèi)攪拌時(shí)，很容易產(chǎn)生氣泡。氣泡一旦產(chǎn)生．就會(huì)使油膜出現(xiàn)空隙，造成機(jī)件磨損。同時(shí)，產(chǎn)生氣泡會(huì)妨礙散熱，所以機(jī)油的有效成分中，必須具有防止產(chǎn)生有害氣泡的功能。對(duì)于連桿滾針軸承，潤(rùn)滑可降低滾動(dòng)軸承內(nèi)部的摩擦，減少磨損和發(fā)熱量；軸承的摩擦發(fā)熱使軸承升溫，油