石墨軸承檢測技術詳解

石墨軸承因其優異的自潤滑性、耐高溫性和化學穩定性，廣泛應用于苛刻工況。其多孔結構、各向異性及運行機制特殊性，要求檢測手段具備針對性。以下為系統化的檢測方案：

一、 檢測原理

1. 摩擦學特性測試：
   • 滑動摩擦與磨損： 在模擬工況下（載荷、速度、溫度、介質），測量滑動副間的摩擦系數。監測軸承試樣的體積或質量損耗，評估耐磨性及潤滑膜形成能力。
   • PV極限值測定： 逐步增加載荷（P）或速度（V），直至摩擦熱導致材料失效（急劇磨損、溫升失控），確定安全運行邊界。
2. 結構完整性評估：
   • 尺寸與形位公差： 精確測量內徑、外徑、長度、圓度、圓柱度、平行度等，確保配合精度與安裝可靠性。
   • 表面狀態與缺陷： 檢查工作面劃痕、裂紋、崩缺、材料夾雜及孔洞分布（尺寸、位置、密度）。
   • 無損檢測： 采用低粘度滲透劑檢查表面開口裂紋；利用工業CT/X射線探傷內部孔洞、分層等體積型缺陷。
3. 材料特性分析：
   • 密度與孔隙率： 通過表觀密度與理論密度計算開孔/閉孔率，評估含浸油脂能力及機械強度基礎。
   • 硬度： 采用洛氏硬度標尺（如HRE）測量，反映材料抵抗局部壓入變形能力（需考慮各向異性）。
   • 顯微結構： 金相顯微觀察石墨顆粒形貌、粒徑分布、粘結相狀態及孔隙連通性。

二、 實驗步驟

1. 預處理：
   • 試樣清潔（超聲波清洗+烘干），在恒溫恒濕（如23±1°C, 50±5%RH）環境下平衡≥24小時。
   • 記錄初始質量（精度0.1mg）、關鍵尺寸（精度±0.001mm）及表面形貌（光學顯微鏡/輪廓儀存檔）。
2. 摩擦磨損測試：
   • 將軸承試樣安裝于伺服控制試驗機，配副選用規范對磨環（硬度≥HRC 58）。
   • 設定工況：載荷（基于預期接觸壓力）、轉速、時長、環境（空氣/油/特定氣體）、溫度。
   • 實時采集摩擦系數、溫度；測試后復稱質量，計算磨損量；記錄磨痕形貌及磨屑狀態。
3. 結構檢測：
   • 三坐標測量儀按圖紙要求全尺寸檢測。
   • 滲透檢測：清潔表面→噴涂滲透劑→停留→清洗→顯像劑→白光/熒光下缺陷觀察。
   • CT/X射線掃描：設定合適能量與分辨率，三維重建分析內部結構。
4. 材料特性測試：
   • 密度： 測量幾何體積計算表觀密度；通過阿基米德排水法（試樣封蠟或真空浸水）測定體積密度，計算孔隙率。
   • 硬度： 在軸承截面不同位置（徑/軸向）多點測試，取平均值（注明各向異性）。
   • 金相制樣： 切割→鑲樣→研磨拋光→顯微觀察（明場/暗場）。

三、 結果分析

1. 摩擦磨損數據：
   • 摩擦系數： 分析穩態值、波動范圍及磨合期特性。過高值（如>0.25）可能預示表面污染、油脂耗盡或材料不匹配。
   • 磨損率： 計算單位時間或摩擦距離的體積損失。異常高磨損需結合磨痕分析（粘著？磨粒？疲勞？）。
   • PV極限： 結合失效形式（劇烈磨損、噪音、溫升>設定值）確定臨界點。
2. 結構完整性：
   • 尺寸超差： 判斷是否影響過盈配合或運行游隙。
   • 表面/內部缺陷： 評估缺陷尺寸、位置是否位于高應力區，判斷是否構成失效風險（應力集中源）。
3. 材料特性：
   • 密度/孔隙率： 過低密度或過高孔隙率通常預示強度不足或儲油能力差。對比設計要求判斷符合性。
   • 硬度： 軸向與徑向硬度差異顯著印證各向異性。過低硬度影響耐磨性和承載能力。
   • 顯微結構： 觀察石墨顆粒是否均勻、粘結相是否連續、孔隙是否過多連通或含雜質。

四、 常見問題與解決方案

結論：

系統化的石墨軸承檢測需融合摩擦學、材料學與精密測量技術。深入理解其“孔隙儲油+石墨自潤滑”的核心機理，控制材料特性（密度、孔隙、結構均勻性），并通過模擬工況驗證摩擦磨損性能與PV極限，是保障軸承長壽命可靠運行的關鍵。針對檢測中暴露的問題，需從原材料、工藝制程、設計匹配及使用條件等多維度進行根因分析并實施改進。嚴謹的檢測流程與科學的分析方法是石墨軸承質量不可或缺的保障。