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        減速機第二軸斷裂原因分析

        2015-05-13 14:38:10 保定格魯夫機械有限公司 www.christiandailyworld.com 點擊數:
        減速機第二軸斷裂原因分析
          變速箱第二軸總裝時發生批量斷裂,斷裂部位均在軸端螺紋收尾根部。采用化學成分分析、金相檢驗以及斷口宏、微觀分析方法,對該軸的斷裂原因進行分析。結果表明,該零件熱處理過程中,因超音頻回火工藝控制不當,以及機加工缺陷引起的應力集中是導致斷裂的主要原因。提出了改進措施。
              關鍵詞顯微組織;超音頻回火;應力集中;馬氏體 
              1情況簡介 
              變速箱第二軸熱處理后,在總裝時發生批量斷裂,斷裂部位均發生在軸端螺紋收尾根部處,。該軸材料為20CrMo,生產工藝:下料→鍛造→正火機加工滲碳淬火回火(180~200℃)→拋丸校直局部(螺紋部)超音頻回火(560~580℃)。
              工件技術要求:有效滲碳層深度為0.7~1.1mm,表面硬度58~64HRC,心部硬度26~42HRC;對螺紋部位采用超音頻回火工藝以降低硬度。 
              2理化檢驗 

              2.1化學成分分析 
              在斷裂件上取樣進行化學成分分析,檢測結果(質量分數)見表1??梢娖涑煞址螱B/T3077-1999的要求。 
              2.2宏觀斷口分析 
              斷裂位置位于螺紋收尾根部與花鍵軸的連接處。經觀察,該部位表面肉眼可見明顯的機械加工刀痕,斷口邊緣呈鋸齒狀。
              2.3微觀斷口分析 
              斷口經掃描電鏡觀察,裂紋源均起源于螺紋根部,沿周向呈現為多源,每個裂紋源處有明顯臺階。斷口呈沿晶解理斷裂,為脆性斷口特征,并有大量二次裂紋。
              2.4金相檢驗 
              在斷口處制取金相試樣,光學顯微鏡下觀察,圓周螺紋上有多條由外向里的裂紋,裂紋較平直,尾部尖細,兩側無脫碳。
              將斷軸螺紋沿軸向切開,檢查經超音頻回火后的金相組織,發現存在一個宏觀的月牙形區域,該區組織為淬火馬氏體,而螺紋兩端為回火區。
              2.5硬度測試 
              經測試,月牙形區域中部硬度為570HV,螺紋兩端硬度為514~533HV,心部硬度為35~36HRC。 
             3結果分析 
              根據成分分析可知,該零件所用材料化學成分符合GB/T3077-1999中20CrMo鋼的要求,可排除因材料錯用而導致斷裂的因素。 
              該批零件滲碳淬火后,在螺紋部進行超音頻回火,以降低其硬度。但金相組織及顯微硬度測定結果均表明,此回火過程,實際上是在螺紋部位又進行了一次淬火,這必然加大了該處的組織應力和熱應力。 
              從斷裂部位看,斷裂均發生在螺紋收尾的根部與花鍵軸的連接處。由于該處沒有加工退刀槽,是機加工應力集中處;同時該部位也是超音頻回火結束部位,是熱應力與組織應力集中區,從裂紋的形態上看系冷應力裂紋。 
             4結論 
              (1)該軸的斷裂是由于超音頻回火溫度失控,使回火過程實際上變成了淬火過程,使螺紋部位處于高應力狀態。

              (2)超音頻回火后產生的裂紋屬冷應力裂紋或延遲裂紋,是由于機加應力與淬火組織應力集中所造成。 
              5工藝改進措施 
              (1)降低超音頻回火溫度,延長加熱時間。

              (2)提高螺紋根部的粗糙度,避免尖銳的刀痕出現,同時在螺紋的收尾部設計一個退刀槽,以降低機加工應力。

              (3)將超音頻回火區域沿軸花鍵部延長,避免在螺紋收尾部產生應力集中。 
              采取上述措施后,近兩年來未發生類似斷裂失效事故
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