摘要:轴承打滑在航空发动机主轴后轴承失效中占有较大比例，后轴承打滑不仅影响到轴承的寿命，甚至直接关系到发动机的安全运转为进一步认知主轴后轴承的打滑损伤机制，借助聚焦离子束扫描电子显微镜，场发射扫描电子显微镜及配套能谱仪，轮廓仪对打滑损伤轴承进行失效分析分析表明:内圈滚道滚子表面损伤区域在打滑过程中可能发生了黏着磨损和摩擦氧化，且两接触面间发生了磨粒磨损此外，由于润滑油的污染，保持架的过梁接触面发生了磨粒镶嵌。
滚动轴承作为航空发动机关键部件，其正常运转直接关乎航空发动机的安全稳定运行随着航空发动机朝着高转速高推重比方向发展，轴承DN(轴承内径(mm)×转速(r/min))值越来越大，高DN值使得轴承失效除了正常的疲劳破坏外，更多情况是因打滑引起的摩擦磨损打滑会造成轴承磨损擦伤裂纹剥落塑性变形以及胶合等损伤，进而引起轴承的早期失效，严重影响到轴承的寿命和可靠性某型航空发动机主轴套5滚动轴承中，后轴承长期服役于高速轻载工况，因打滑造成的失效可达到34．46%，已成为后轴承失效的重要因素。
目前学者主要从动力学和试验模拟研究航空发动机轴承打滑，但因航空发动机轴承恶劣的服役工况，无论通过试验模拟还是动力学分析，都无法真实反应轴承的实际工况，致使以往的研究成果都不能全面地认识轴承打滑因此，本文作者利用现代摩擦学理论和方法对航空发动机主轴后轴承打滑损伤进行失效分析，以期更好地服务于生产和应用。
1、实验部分
1.1实验材料
失效分析所需的后轴承来自航空发动机生产厂和修理厂后轴承为圆柱滚子轴承，滚子和内外圈材质为Cr4Mo4V，保持架材质为铝青铜镀银
1.2实验方法
利用多种微观分析手段研究航空发动机主轴后轴承打滑损伤，其中打滑损伤宏观形貌分析用佳能EOS60D型相机;微观形貌分析用FEIQuanta250FEG型扫描电子显微镜和FEISCIOS型聚焦离子束扫描电子显微镜;打滑损伤成分分析用扫描电子显微镜配套的Octanepro型能谱仪;轮廓分析用TaylorPGI420型轮廓仪测量。
2、打滑轴承损伤分析结果及讨论
2.1打滑损伤宏观特征
打滑损伤轴承宏观形貌分析，内圈滚道上的损伤区域与未损伤区域交界清晰，损伤区域呈带状，位置居中且偏向挡边一侧，颜色呈灰色且无金属光泽，滚子的损伤沿圆周分布，位置居中且偏向一端，颜色呈褐色打滑轴承的30颗滚子朝向不一致，可能在轴承组装时滚子朝向装反，损伤带呈褐色可能是由于高温下润滑油氧化沉积物所致保持架整体有金属光泽，引导面无磨损，过梁与滚子接触面有磨损痕迹。
2.2打滑损伤表面微观形貌分析
图2示出了打滑损伤轴承内圈滚道微观形貌如图2(a)所示，打滑损伤区域密布剥落坑，形状不规则且大小各异，剥落坑之间相对独立呈岛状分布坑底形貌凹凸不平，剥落坑边缘锋利，并伴随微裂纹(见图2(b))剥落坑间沿滚动方向夹杂划痕，表明打滑过程中内圈滚道表面可能发生了磨粒磨损。对打滑轴承内圈滚道损伤区域和新轴承内圈滚道表面进行能谱分析对比，结果表明:损伤区域有氧(O)元素，可能在打滑过程中发生了摩擦氧化。此外，打滑轴承内圈滚道损伤区域剖面形貌有微裂纹，其长度近5m，尾部尖锐并以近45°向内延展，对剥落坑剖面分析发现剥落坑深度约5m，坑底有微裂纹，长度约8m，由剥落坑边缘沿横向延展(见图5)对内圈滚道打滑损伤区域表面微裂纹的剖面分析发现，微裂纹纵向延展，深度约2m。
图7示出了打滑损伤轴承滚子表面微观形貌滚子表面损伤形貌以划痕和点蚀为主，划痕的方向与自转方向相一致(见图7(a))，损伤表面密布麻点(见图7(b))。对滚子损伤表面能谱分析表明同样也有氧(O)元素存在。对滚子的轮廓检测可知滚子素线轮廓为圆弧修缘型，与新滚子对比，发现打滑滚子素线轮廓已发生磨损变化，磨损量为1.5m左右，且对比滚子宏观损伤形貌，发现磨损区域与油膜带(褐色带)对应。
图10示出了打滑损伤轴承保持架微观形貌，如图10(a)所示，保持架过梁与滚子接触面损伤形貌以划痕磨粒镶嵌麻坑为主划痕与滚子自转方向相一致，麻坑相互紧密分布进一步分析发现部分区域伴随材料严重塑性变形(见图10(b))对保持架表面镶嵌物的能谱分析发现含Si元素，且对比新镀银保持架表面能谱，分析推测Si元素的来源可能是润滑油污染。
3、结论
(1)航空发动机主轴后轴承打滑损伤主要发生在轴承内圈滚道表面滚子表面保持架过梁与滚子接触面。
(2)轴承在打滑过程中发生了黏着磨损摩擦氧化磨粒磨损，滚子素线轮廓已发生磨损变化。
(3)保持架过梁与滚子接触面损伤形貌以划痕磨粒镶嵌麻坑为主，部分区域有严重的塑性变形。此外，可能由于润滑油的污染，保持架过梁接触面出现磨粒镶嵌。
(本文作者：方明伟 来源：润滑与密封2016第十期 部分内容删减，完整内容查看来源)
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