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典型案例

中间轴失效分析
作者:晟享检测  来源:晟享检测  发布时间:2014/4/22 0:00:00  浏览次数:174  
1 概况
    某型号中间轴杆装配于等速驱动轴,驱动轴路试20小时,中间轴即发生断裂,该轴材料是40Cr,主要热处理工艺为调质—中频淬火—回火。表面硬度要求为55-58HRC,心部硬度为20-25HRC,硬化层深度要求4-6mm。
2 检验与分析
2.1宏观分析
    轴杆断裂发生在内球笼端的花键处,距离顶端约22mm处,如图1所示,断面垂直于轴向,外层花键齿变形严重,中间断面比较平齐,断口呈暗灰色,如图2所示。

2.2断口微观分析
    将断口清洗后经JSM-5610LV扫描电镜分析,花键齿上有明显的疲劳特征,如图3、4所示,从断口表面往里推进,次表层形貌为拉长韧窝,如图5所示;心部最后断裂区微观形貌为等轴韧窝,如图6所示。匹配面断口次表层形貌同样为拉长韧窝,韧窝拉长方向相同,如图7所示。


    通过电镜分析,中间轴花键齿部位首先形成疲劳区域,当疲劳扩展一定程度之后,疲劳区域则成了快速断裂的起源。两匹配断口韧窝拉长方向相同,韧窝属于撕裂韧窝,推断疲劳区域形成后,中间轴受到冲击载荷,最终发生了韧性断裂。
2.3化学成分分析 

2.4金相和硬度分析
    对距离断口约2mm处切割横向试样进行金相、硬度等分析,轴表层金相组织为微细马氏体,根据JB/T9204-2008标准评定马氏体组织级别为6级,如图8所示,心部组织为保持马氏体位向的回火索氏体和铁素体,如图9所示。


3、分析与结论
    3.1
通过硬度和金相分析得出:中间轴表面硬度、心部硬度、硬化层深度均不符合工艺要求;表层金相组织符合JB/T9204-2008标准要求。
    3.2通过元素成分分析,中间轴元素成分符合GB/T3077-1999标准要求。
    3.3从断口微观分析得知,该轴首先在花键齿表面形成了疲劳失效,当疲劳扩展时,疲劳失效区域就成了最后快速断裂的起源。中间轴花键齿表面硬度偏低,降低了花键齿抗疲劳强度,硬度偏低、硬化层深度不够,同样也会降低轴的整体强度,因此花键齿产生疲劳失效后,中间轴又因为强度不够,很快便发生韧性断裂。
    3.4该中间轴是由花键齿疲劳失效扩展为一次性快速断裂,建议改善热处理工艺,提高轴表面硬度、心部硬度以及硬化层深度。