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传动轴的断裂失效原因分析

2021-06-11 11:39:56

 某公司的三条传动轴在装机使用不久后先后断裂,断裂位置均在键齿处,该轴直径250~320 mm,设计材质为40Cr钢,生产工艺流程为:下料―粗加工―调质处理―精加工―渗氮处理。我们对传动轴的断裂失效原因进行了分析。

  化学成分分析铁及合金光电发射光谱分析方法通则,使用SPEC-TRO光谱仪对其进行化学成分分析。结果表明,该轴材质为45钢,其化学成分不符合GB/T3077― 1999标准对40Cr钢的技术要求,断口分析该轴断口与轴线方向垂直,相对齐平,断口呈颗粒状,未见明显宏观塑性变形,断口上可见明显人字纹花样,是典型的脆性断裂m,人字纹花样的走向表明裂纹源在键齿处,断口(局部)宏观形貌见。

  金相检验取样经打磨、光后观察到其非金属夹杂物为A1.0,B0,C0,D1.0,DS0 0,偶见有大块状非金属夹杂物,见。浸蚀后观察其显微组织为索氏体+片状珠光体+网状、块状和针片状铁素体(见),晶粒度为6.5级,试样表面没有渗氮层(见),说明该轴未进行效果优良的调质处理,也未进行表面氮化处理。断口边缘未见异常非金属夹杂物和脱碳现象,见。该轴表面硬度为25~27HRC,基体硬度为10~13HRC.断口(局部)宏观形貌Fig.断裂轴显微组织形貌Fig.大块状非金属夹杂物形貌断裂轴表面显微组织形貌断口边缘组织形貌失效分析重卡汽车齿轮开裂失效分析曹颖,韩克甲,刘露(淄博市新材料研究所,山东淄博255040)方法,对失效齿轮进行了分析。结果表明齿轮热处理不当造成组织不合格,存在大量铁素体,效果优良硬化层偏低,致使齿轮强度不高,无法承载设计载荷,*终使齿轮破裂。

  分析与讨论该轴设计材质为40Cr钢,但实际上用的是45钢,45钢的淬透性明显不如40Cr钢,强度比40Cr钢约低20%,塑性、韧性也较40Cr钢差3.该轴表面未进行渗氮处理,而且未进行效果优良的调质处理,使得材料的强韧性和具体功效以实际为准性明显不足;而且显微组织中存在网状和针片状铁素体,破坏了组织的连续性,致使基体强度明显降低,塑性、韧性下降H.键齿加工处容易造成应力集中,因此首先在此产生开裂,并在以上因素的综合作用下,该轴发生了早期脆性断裂事故。

  由于使用了淬透性和强韧性较低的45钢代替了设计材质40Cr钢,而且未对45钢轴进行效果优良的调质处理和表面渗氮处理,使得该轴的强韧性和具体功效以实际为准性明显不足,这是导致该轴早期断裂失效的主因;该轴显微组织中存在网状和针片状铁素体,破坏了组织的连续性,致使基体强度明显降低,塑性、韧性下降,加速了该轴的断裂失效。


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