轴套镀层脱落原因

杨金艳, 刘小娴, 李 磊

(南通市产品质量监督检验所 国家钢丝绳产品质量监督检验中心, 南通 226011)

轴套是滑动轴承的一个组成部分[1],其内侧靠端部镀有合金镀层。轴套固定在发动机曲轴上,起到支撑曲轴的作用,曲轴旋转,而轴套固定不动,曲轴转速为3 000 r/min,曲轴外侧与轴套内侧相连接,中间涂有润滑油。某轴套仅运行2 d就出现镀层脱落、破损现象。笔者采用一系列理化检验方法分析该轴套镀层脱落、破损的原因,并提出了改进建议,以避免该类问题再次发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察

脱落轴套和未脱落轴套的宏观形貌如图1所示。由图1可知:脱落轴套整个镀层几乎全部沿根部脱落;未脱落轴套镀层完好,仅有工作时留下的划痕。

图1 脱落轴套和未脱落轴套的宏观形貌

1.2 金相检验

在脱落轴套上取样,对试样进行磨制、抛光、腐蚀处理,然后将试样置于光学显微镜下观察,结果如图2所示。由图2可知:轴套镀层存在裂纹以及大块异常组织,缺陷沿镀层根部分布;缺陷的一侧呈弧状向镀层内部延伸,其中组织发白处为大块条带状组织,黑色部分为带状组织脱落后留下的孔隙形成的裂口,带状组织边部有一条细纹,带状组织与镀层未融合在一起,且带状组织的底部有少量黑色裂口。

图2 脱落轴套的微观形貌

在未脱落轴套上取样,对试样进行金相检验,结果如图3所示。由图3可知:未脱落轴套的显微组织未见异常。

图3 未脱落轴套的微观形貌

1.3 扫描电镜(SEM)及能谱分析

脱落轴套和未脱落轴套表面的SEM分析结果如图4所示。由图4可知:脱落轴套的镀层存在裂纹以及脱落斑点;未脱落轴套表面可见工作时留下的条带划痕。

图4 脱落轴套和未脱落轴套表面的SEM形貌

在脱落轴套缺陷处取样,对试样进行SEM分析,结果如图5所示。由图5可知:镀层处存在呈大块白色条带状分布的异常组织,在异常组织边缘可见向外延伸的裂纹;裂纹沿圆弧弯曲走向,异常组织沿镀层根部分布。

图5 脱落轴套缺陷处SEM形貌

在未脱落轴套的截面处取样,对试样进行SEM分析,结果如图6所示。由图6可知:镀层处可见明显的两层结构,最外层弥漫分布着小块白色组织,未见大块白色带状组织。

对脱落轴套镀层处的白色带状组织以及黑色组织进行能谱分析,结果如图7所示。由图7可知:白色带状组织与黑色组织的化学成分相差较大,白色带状组织为富锡合金相,黑色组织为富铝合金相。

图7 白色带状组织和黑色组织的能谱分析位置及结果

2 综合分析

由上述理化检验结果可知:脱落轴套镀层的脱落面积较大,整个镀层几乎全部脱落,脱落的镀层沿根部整块掉落。未脱落轴套的镀层完好,轴套表面仅有工作时留下的划痕。脱落轴套中的白色带状组织为富锡合金相,黑色组织为富铝合金相。富锡合金相的熔点、强度、硬度均较低,而富铝合金相的强度较高,两者性能偏差较大[2],富铝合金相为镀层的基体组织,富锡合金相中存在大块组织,使其不能很好地融合在基体组织内,两者结合处较为薄弱。镀层中组织的形貌、大小和分布情况对镀层性能的影响较大[3]。富锡合金相平行于镀层圆周,呈条带状分布,并且带状组织边部与基体黑色组织之间存在明显的边界线。在工作时,轴套镀层表面受到摩擦力的作用,富锡合金相的硬度和强度较低,在摩擦力的作用下,富锡合金相与基体组织结合处的镀层会沿着带状组织边部剥落[4-5]。未脱落轴套的镀层中也存在富锡合金相,但富锡合金相呈弥散小块状分布于基体组织内部,未形成条带状组织,细小组织使得晶粒细化,镀层组织结构均匀,进而增强了镀层的稳定性。当带状组织呈条块状分布时,镀层的整体性被破坏,最终导致轴套镀层脱落。

3 结论

轴套镀层脱落的原因为:镀层中存在大块条带状组织,破坏了镀层的连续性,其与基体结合处的镀层较为薄弱;在工作过程中,轴套受到摩擦力的作用,镀层从薄弱处萌生裂纹,最终导致其脱落。