禹德偉1 仇亞軍2 雷建中2 鄒（zōu）從國3
（1.江（jiāng）門機械設備(軸承)有限公司，廣（guǎng）東江門 529030；2.洛陽軸研（yán）科技股份有限公司，河南洛陽 471039；3.萬向集團技術中心，杭州 311215）
摘 要：通過對發生早期失（shī）效的63/28/P5 Z2摩托車發動（dòng）機曲軸軸承進（jìn）行分析，發現發動機（jī）零件加（jiā）工時殘留（liú）的金剛石微粒在運轉過程中進入軸承，使軸承零件工作表麵產生點狀壓坑（kēng）缺陷，是導致軸（zhóu）承早期失效（xiào）的主要原因。
關鍵詞：曲軸軸承（chéng）；早期（qī）失效；顯微分析；金剛石
某公司生產的摩托（tuō）車曲軸軸承（chéng）63/28，在安裝到（dào）發動機中（zhōng）進行調試或用戶使用初期，會發生早期失效現象，失（shī）效特征均為滾動表麵（miàn）出現麻點坑（kēng），造成發動機噪聲加大。現對（duì）一早期失效的63/28/P5 Z2摩托車曲軸（zhóu）軸承進行失效（xiào）分析。
1 宏觀形貌分析
將失效曲軸軸承63/28/P5 Z2整體（tǐ）放入（rù）幹淨燒杯（bēi）中，倒入丙酮將其淹沒（méi），放入超聲波清洗機中清洗數分鍾；取出軸（zhóu）承，用濾紙將從軸承中清洗（xǐ）出（chū）的（de）物質收集起來，粘附在覆蓋有導電膠的電鏡樣品架上以備進（jìn）行電鏡觀察分析。
采用線切（qiē）割機將清洗後的軸承外圈切為兩半（bàn），隨（suí）後將保持（chí）架、鋼球及內圈拆開，對（duì）軸承的各個組件的外觀形貌進行宏觀觀（guān）察，結果見表1。
2 硬度檢驗
采用HR-150A型硬度（dù）計，對軸承內圈、外圈及隨機抽取的3粒鋼球進行硬度檢（jiǎn）驗，檢驗結果見表2。
由表2結果可知，軸承的內圈、外圈及鋼球的淬、回（huí）火硬度值均符合JB/T 1255-2001相關（guān）規定。
3 掃（sǎo）描電鏡及能譜（pǔ）分析
用線切割機在圖1～圖4中箭頭標注的溝道上的深色條（tiáo）狀痕跡部位及（jí）小黑點部位（wèi）切取試樣，將其隨同表麵分布（bù）有2條環帶交（jiāo）叉麻點坑缺陷的1粒（lì）鋼球（qiú）和軸承清洗（xǐ）出的物質依（yī）次放入JSM-6380LV掃描電鏡中進行形貌觀察（圖6～圖12）。隨後，用EDS7582型能譜儀分別對軸（zhóu）承內、外圈溝道麵上黑點缺陷和清洗出的物質（zhì）進行成分分析，結果見表3。
從（cóng）表3中的測（cè）試結果可以（yǐ）看出，內、外圈溝道上黑點缺陷內的物質與從（cóng）軸承中（zhōng）清（qīng）洗出物質的化學成分中C元素含量基本接近（jìn），應該為同一物質-金剛石。
4 結果分析
由以上宏觀形貌分析、硬度檢（jiǎn）驗（yàn）及（jí）電鏡（jìng）能譜分析結果可知：
（1）通過對軸承外（wài）圈及內圈溝（gōu）道痕跡（jì）形貌的觀察，可知（zhī）溝道麵沿軸向的深色條狀痕跡均為接觸擠（jǐ）壓所致；分布有顯微剝落坑和細微（wēi）裂紋，痕（hén）跡間距與鋼球間距相等，由於軸承失效後從曲（qǔ）軸上（shàng）拆卸時，是通過敲擊軸承外圈端麵，使拆卸力通（tōng）過外圈溝道、鋼球和內圈溝道傳遞，從而判（pàn）定（dìng）該類缺陷是軸承（chéng）拆卸所致。
（2）由掃描（miáo）電鏡分析可以（yǐ）看出，外圈和內圈（quān）溝道上的黑（hēi）點（diǎn）均為凹坑，凹坑內有灰白（bái）色物質存在；鋼球（qiú）表麵分布的麻（má）點（diǎn）坑環帶中的各麻點坑分布方向基（jī）本一致，大小及形狀相同，麻點坑邊緣存在明顯的擠壓凸起變形區（qū），這些麻點坑缺陷應為同一物質擠壓（yā）所致。受損軸承零件的硬度均大於61 HRC，能導致其損壞的物（wù）質（zhì）的硬度應更高。經能譜分析，內、外（wài）圈缺陷內殘（cán）留物質的成分中以（yǐ）C元素為主，達到9o％以上，從而判定該硬顆粒為金剛石顆粒。
（3）通過對從軸承中清洗出的物質（圖12）觀察可知：該物質（zhì）的尺寸大小和形貌與軸承（chéng）外、內圈溝道上的黑點和鋼球表麵麻點坑接近。能譜分析表明該物質成分中C的質量百分數達83.22％，表明該物（wù）質為能將其表（biǎo）麵擠壓成凹坑的金剛石細小顆粒。
5 金剛石來源及麻點坑產生機理
5.1 金剛石來源（yuán）
軸承內（nèi）、外圈溝道上的（de）黑點位置測振時必然和鋼球接觸（chù），由於失效軸承63/28/P5 Z2出廠時全（quán）部經過清洗，注防鏽油後振動（dòng）檢驗合格才包裝，因而可以（yǐ）判定造成軸承早期失效的金剛石顆粒（lì）為軸承（chéng）出廠後侵入（rù）。由於摩托車發動機零件加工中，有采用金剛石磨具、修整器具等，故可以（yǐ）推定金剛石應（yīng）為發動（dòng）機零件加工時（shí），所采用的金剛石磨具、修整器具等上的金剛石顆粒脫落而殘留（liú）在零件上，在後續工（gōng）序中又未能（néng）徹底清洗或清理幹淨，從而（ér）進入發動機中導（dǎo）致軸承早期（qī）失效。
5.2 麻（má）點坑產（chǎn）生的機理
該（gāi）失效軸承是（shì）裝（zhuāng）在四衝程發動機曲軸上，此類發動機采用油泵（bèng）壓力噴（pēn）射和曲軸等運動部件攪撥潤滑（huá）油飛（fēi）濺（jiàn）相結合的混合潤滑方式。發動機工（gōng）作時，油（yóu）泵從曲軸箱泵油，由高壓油路分別送到曲軸、凸輪軸、軸承等高速重載的零件表麵；對難以實現壓力潤（rùn）滑（huá）的位置則利用曲軸、齒（chǐ）輪等旋（xuán）轉飛濺或重力下落的潤（rùn）滑油（yóu）來潤滑，如氣缸壁、正時齒輪等部（bù）件的潤滑。故可以判定，殘（cán）留在發動機中的金剛石顆（kē）粒是通過高壓噴射而進入曲軸軸承的。
由（yóu）於曲軸軸承承受的載荷具有脈動性，且其徑向作用力方（fāng）向也呈周期（qī）性（xìng）變化，造成（chéng）軸承載荷區的大小和位置不斷變（biàn）化，即曲軸軸承運轉時非載荷區的位置和間隙的大小不斷（duàn）變化，這樣，進入軸承中的金剛石顆粒（lì）能比較容易壓人軸承（chéng）的滾（gǔn）動表麵。而發動機中其（qí）他部位軸承承受的載荷穩定，則其非載荷區的位置和問隙的大小（xiǎo）穩定（dìng），金剛石顆粒就不容易壓入軸承的滾動表麵。
另外，由於（yú）內、外圈的硬度比鋼球低，這樣侵入軸承滾動表麵之間的金剛石顆粒就壓入到了外圈、內圈的滾（gǔn）道表麵，在滾道上產生黑點。嵌（qiàn）入滾道的金剛石顆粒，在軸承運（yùn）轉時對鋼球表麵進行擠（jǐ）壓，從而在（zài）鋼球表麵擠壓出呈環帶狀分布的麻點坑。
6 結束語（yǔ）
針對（duì）出現的問題，依據分（fèn）析結果，提出改進措施：
（1）嚴格控製發動機零件加工中所用（yòng）金剛石（shí）磨具、修整器具等的質量，並正確地使用，避免金剛石顆粒的脫（tuō）落。
（2）發動機的所有零件在裝配前，必須進行嚴（yán）格的清洗或清理，避（bì）免異物進入發動（dòng）機。
來源：《軸承》2009年3期
