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减速机第二轴断裂原因分析

2015-05-13 14:38:10 格鲁夫机械 Www.Gelufu.Com 点击数:
减速机第二轴断裂原因分析

变速箱第二轴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、微观分析方法,对该轴的断裂原因进行分析。结果表明,该零件热处理过程中,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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