減速機第二軸斷裂原因分析

shockcare.cn 格魯夫機械 2015-05-13 14:38:10 點擊：

變速箱第二軸在總裝時發(fā)生批量斷裂，斷裂部位均在軸端螺紋收尾根部。采用化學成分分析、金相檢驗以及斷口宏、微觀分析等方法，對該軸的斷裂原因進行分析。結果表明，該零件在熱處理過程中，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。

變速箱第二軸經熱處理后，在總裝時發(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℃)。

工件的技術要求: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。

2.1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(xiàn)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。

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(fā)現(xiàn)存在一個宏觀的月牙形區(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硬度測試

經測試，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。

該批零件經滲碳淬火后，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。由于該處沒有加工退刀槽，是機加工的應力集中處;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(qū)，從裂紋的形態(tài)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(tài)。

(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(xiàn)，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(qū)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(fā)生類似斷裂失效事故

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