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齿轮ag真人在线网址第二轴断裂原因分析

2015-04-10 10:17:56 格鲁夫机械 Www.Gelufu.Com 点击数:
齿轮ag真人在线网址第二轴断裂原因分析
    齿轮ag真人在线网址第二轴在总装时发生批量断裂,断裂部位均在轴端螺纹收尾根部。采用化学成分分析、金相检验以及断口宏、微观分析等方法,对该轴的断裂原因进行分析。结果表明,该零件在热处理过程中,因超音频回火工艺控制不当,以及机加工缺陷引起的应力集中是导致断裂的主要原因。提出了改进措施。
        关键词:显微组织;超音频回火;应力集中;马氏体 
        1情况简介 
        变速箱第二轴经热处理后,在总装时发生批量断裂,断裂部位均发生在轴端螺纹收尾根部处,。该轴材料为20CrMo,生产工艺:下料→锻造→正火→机加工→渗碳淬火→回火(180~200℃)→抛丸→校直→局部(螺纹部)超音频回火(560~580℃)。
        工件的技术要求:有效渗碳层深度为0.7~1.1mm,表面硬度58~64HRC,心部硬度26~42HRC;对螺纹部位采用超音频回火工艺以降低硬度。 
        2理化检验 

        2.1化学成分分析 
        在断裂件上取样进行化学成分分析,检测结果(质量分数)见表1。可见其成分符合GB/T3077-1999的要求。 
        2.2宏观断口分析 
        断裂位置位于螺纹收尾根部与花键轴的连接处。经观察,该部位表面肉眼可见明显的机械加工刀痕,断口边缘呈锯齿状。
        2.3微观断口分析 
        断口经扫描电镜观察,裂纹源均起源于螺纹根部,沿周向呈现为多源,每个裂纹源处有明显台阶。断口呈沿晶解理断裂,为脆性断口特征,并有大量二次裂纹。
        2.4金相检验 
        在断口处制取金相试样,光学显微镜下观察,圆周螺纹上有多条由外向里的裂纹,裂纹较平直,尾部尖细,两侧无脱碳。
        将断轴螺纹沿轴向切开,检查经超音频回火后的金相组织,发现存在一个宏观的月牙形区域,该区组织为淬火马氏体,而螺纹两端为回火区。
        2.5硬度测试 
        经测试,月牙形区域中部硬度为570HV,螺纹两端硬度为514~533HV,心部硬度为35~36HRC。 
       3结果分析 
        根据成分分析可知,该零件所用材料化学成分符合GB/T3077-1999中20CrMo钢的要求,可排除因材料错用而导致断裂的因素。 
        该批零件经渗碳淬火后,在螺纹部进行超音频回火,以降低其硬度。但金相组织及显微硬度测定结果均表明,此回火过程,实际上是在螺纹部位又进行了一次淬火,这必然加大了该处的组织应力和热应力。 
        从断裂的部位看,断裂均发生在螺纹收尾的根部与花键轴的连接处。由于该处没有加工退刀槽,是机加工的应力集中处;同时该部位也是超音频回火结束部位,是热应力与组织应力集中区,从裂纹的形态上看系冷应力裂纹。 
       4结论 
        (1)该轴的断裂是由于超音频回火温度失控,使回火过程实际上变成了淬火过程,使螺纹部位处于高应力状态。

        (2)超音频回火后产生的裂纹属冷应力裂纹或延迟裂纹,是由于机加应力与淬火组织应力集中所造成。 
        5工艺改进措施 
        (1)降低超音频回火温度,延长加热时间。

        (2)提高螺纹根部的粗糙度,避免尖锐的刀痕出现,同时在螺纹的收尾部设计一个退刀槽,以降低机加工应力。

        (3)将超音频回火区域沿轴花键部延长,避免在螺纹收尾部产生应力集中。 
        采取上述措施后,近两年来未发生类似断裂失效事故
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