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当螺伞齿轮轴纵向贯穿性开裂原因分析

发布时间:2021-09-09 20:15:59 阅读: 来源:钢纤维厂家

螺伞齿轮轴纵向贯穿性开裂原因分析

摘要:通过断口的宏观及微观形态与金相组织的分析,查明由于锻件本身存在的缺陷,导致螺伞齿轮轴在淬火过程中产生裂纹,随后裂纹沿径向及轴向扩展,直至纵向贯穿性开裂。

关键词:螺伞齿轮轴;裂纹;带状组织;缺陷

0 引言

一批材料为20Cr2Ni4的螺伞齿轮轴,共计5根,在热处理工序的渗碳淬火+低温回火结束后,间隔不同时间,全部发生了纵向贯穿性开裂。当前3根螺伞齿轮轴发生开裂后,对后2根螺伞齿轮轴的热处理过程进行了跟踪,在跟踪过程中发现,螺伞齿轮轴在低温回火结束后,间隔15min,在轴身(轴身为镀铜防渗)中部首先出现轴向细小裂纹,然后裂纹沿轴向向两端扩展,直至贯穿全身,裂纹深度为直径的23。裂纹起始出现区域及取样部位见图1。

图1开裂的螺伞齿轮轴

1 宏观断口分析

螺伞轴宏观断口形貌见图2。首先可见断口较干净,没有油污及其它污染,说明宏观开裂产生在回具有按键调速、实验力位移数字显示火后。可见断口明显分为3部分,第2部分为工件近表面部分,断口为灰色,较平坦,且有这些都会使测试结果产生误差快速扩展的人字纹花样,外表面处有剪唇,即为终裂区;第3部分为亮灰区,同为裂纹扩展区;第1部分断口为灰褐色,较为粗糙,有凸凹不平的小棱面,凹坑内为灰褐色,且有光泽。从宏观断口的形貌、色泽、扩展方式,初步判断第1部分为裂源区。

图2螺伞轴宏观断口形貌

2 显微分析

在断口旁磨制轴向试样,可见断口一侧2号、3号区裂纹较为平坦,而1号区裂纹为锯齿状,且裂纹旁有棱角状孔洞和支裂纹,见图3。

图31号区裂纹旁情况100×

图4为1号区轴向组织情况,可见有明显的带状组织,这是材料的成分区域偏析所致,带状组织使钢的横向塑性、韧性明显降低。

图41号区轴向带状组织400×

3 扫描电镜断口分析

对1号区断口进行扫描电镜观察,发现有较多不规则形状的区域,见图5。可见此缺陷表面光滑,很薄很脆,与基体结合不好,且其上有微裂纹、孔洞,经能谱微区分析,主要为Fe,含量为99.44%,其它元素为残量。分析认为此为锻件本身存在的缺陷,这种薄膜缺陷的存在这是1个飞机结构的主要设计标准将影响晶间结合力。同时在此区域发现有部分沿晶断特征,见图6,因此可进一步证实1号区为裂纹源区。

图51号区SEM79.4×

图61号区SEM500×

2号区断口形貌:准解理+部分韧窝,其上有单个脆性夹杂物。

3号区断口形貌:准解理+韧窝,其上发现有疏松不致密缺陷。

4 结论

(1)通过上述一系列试验观察,可以确定裂纹首先在1号区产生,然后沿径向及轴向扩展,2号、3号区为裂纹扩展区。

(2)钢中存在角状孔洞、疏松等不致密缺陷,以及轴向不均匀性组织,都对机械性能产生不利影响。

(3)通过扫描电镜断口综合分析,断定锻件中(1号区)存在不规则形状的薄膜缺陷,其表面光滑,其上有微裂纹和孔洞。正是由于该缺陷的存在,极大地降低了此区域的晶间结合力,同时其上的微比如PP吹膜机产出的膜适用于各种超市购物袋、菌袋等硬度比较大对拉伸度和光亮度等要求不高的袋子裂纹、孔洞成为危险的应力提升源。在随后的热处理过程中,尤其是在淬火过程中,工件将承受较大的热应力,必然导致工件在缺陷处首先形成微裂纹,成为裂纹源区,并且部分以沿晶的方式扩展,在应力的不断作用下,裂纹继续沿径向及轴向扩展,直至形成宏观的纵向贯穿性裂纹。(end)

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