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減速機(jī)第二軸斷裂原因分析

shockcare.cn 格魯夫機(jī)械 2015-05-13 14:38:10 點(diǎn)擊：

變速箱第二軸在總裝時(shí)發(fā)生批量斷裂，斷裂部位均在軸端螺紋收尾根部。采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)以及斷口宏、微觀分析等方法，對(duì)該軸的斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該零件在熱處理過(guò)程中，因超音頻回火工藝控製不當(dāng)，以及機(jī)加工缺陷引起的應(yīng)力集中是導(dǎo)致斷裂的主要原因。提出了改進(jìn)措施。

變速箱第二軸經(jīng)熱處理後，在總裝時(shí)發(fā)生批量斷裂，斷裂部位均發(fā)生在軸端螺紋收尾根部處，。該軸材料為20CrMo，生產(chǎn)工藝:下料→鍛造→正火→機(jī)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℃)。

工件的技術(shù)要求:有效滲碳層深度為0.7～1.1mm，表麵硬度58～64HRC，心部硬度26～42HRC;對(duì)螺紋部位采用超音頻回火工藝以降低硬度。

在斷裂件上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測(cè)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見(jiàn)表1?？梢?jiàn)其成分符合GB/T3077-1999的要求。

2.2宏觀斷口分析

斷裂位置位於螺紋收尾根部與花鍵軸的連接處。經(jīng)觀察，該部位表麵肉眼可見(jiàn)明顯的機(jī)械加工刀痕，斷口邊緣呈鋸齒狀。

2.3微觀斷口分析

斷口經(jīng)掃描電鏡觀察，裂紋源均起源於螺紋根部，沿周向呈現(xiàn)為多源，每個(gè)裂紋源處有明顯臺(tái)階。斷口呈沿晶解理斷裂，為脆性斷口特征，並有大量二次裂紋。

在斷口處製取金相試樣，光學(xué)顯微鏡下觀察，圓周螺紋上有多條由外向裏的裂紋，裂紋較平直，尾部尖細(xì)，兩側(cè)無(wú)脫碳。

將斷軸螺紋沿軸向切開(kāi)，檢查經(jīng)超音頻回火後的金相組織，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)宏觀的月牙形區(qū)域，該區(qū)組織為淬火馬氏體，而螺紋兩端為回火區(qū)。

2.5硬度測(cè)試

經(jīng)測(cè)試，月牙形區(qū)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(jié)果分析

根據(jù)成分分析可知，該零件所用材料化學(xué)成分符合GB/T3077-1999中20CrMo鋼的要求，可排除因材料錯(cuò)用而導(dǎo)致斷裂的因素。

該批零件經(jīng)滲碳淬火後，在螺紋部進(jìn)行超音頻回火，以降低其硬度。但金相組織及顯微硬度測(cè)定結(jié)果均表明，此回火過(guò)程，實(shí)際上是在螺紋部位又進(jìn)行了一次淬火，這必然加大了該處的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。

從斷裂的部位看，斷裂均發(fā)生在螺紋收尾的根部與花鍵軸的連接處。由於該處沒(méi)有加工退刀槽，是機(jī)加工的應(yīng)力集中處;同時(shí)該部位也是超音頻回火結(jié)束部位，是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力集中區(qū)，從裂紋的形態(tài)上看係冷應(yīng)力裂紋。

4結(jié)論

(1)該軸的斷裂是由於超音頻回火溫度失控，使回火過(guò)程實(shí)際上變成了淬火過(guò)程，使螺紋部位處?kù)陡邞?yīng)力狀態(tài)。

(2)超音頻回火後產(chǎn)生的裂紋屬冷應(yīng)力裂紋或延遲裂紋，是由於機(jī)加應(yīng)力與淬火組織應(yīng)力集中所造成。

5工藝改進(jìn)措施

(1)降低超音頻回火溫度，延長(zhǎng)加熱時(shí)間。

(2)提高螺紋根部的粗糙度，避免尖銳的刀痕出現(xiàn)，同時(shí)在螺紋的收尾部設(shè)計(jì)一個(gè)退刀槽，以降低機(jī)加工應(yīng)力。

(3)將超音頻回火區(qū)域沿軸花鍵部延長(zhǎng)，避免在螺紋收尾部產(chǎn)生應(yīng)力集中。

采取上述措施後，近兩年來(lái)未發(fā)生類(lèi)似斷裂失效事故

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