分享：驱动轮轴断裂原因

摘 要:某型号拖拉机的驱动轮轴在感应淬火后的校直工序中发生断裂,采用宏观观察、金相检 验、热酸蚀试验等方法对断裂原因进行分析。结果表明:驱动轮轴在锻造过程中产生了局部过烧, 导致材料的强度和塑性大大降低,当受到过大的外部作用力时,零件发生了断裂。 

关键词:驱动轮轴;锻造;过烧;断裂 

中图分类号:TB31;TG115.2                     文献标志码:B                 文章编号:1001-4012(2023)04-0029-02   

某型号拖拉机的驱动轮轴在感应淬火后的校直 工序中发生断裂,该驱动轮轴材料为42CrMo钢,加 工工艺流程为:棒料→锻造→调质→机械加工→感应 热处理→校直。驱动轮轴整体经过调质处理,硬度为 262~302HB,外表面经过感应淬火处理,感应淬火后 硬度为50~57HRC,淬硬层深度为7~9mm。 

笔者采用一系列理化检验方法对该驱动轮轴的 断裂原因进行分析,以防止该类事故再次发生。 

1 理化检验 

1.1 宏观观察 

驱动轮轴断口无明显塑性变形,断口边缘比较 平整,心部粗糙,断口宏观形貌如图1所示。

1.2 扫描电镜分析 

采用ZEISSEVO18型扫描电子显微镜(SEM)对驱动轮轴断口的中心部位进行观察,在断口心部 位置存在晶界熔融特征(见图2)。零件在加热过程中,温度过高导致零件过烧。过烧造成晶界熔化和 晶界开裂等不可消除的缺陷,严重降低了材料的塑 性和强度[1-2]。

1.3 金相检验 

将驱动轮轴断口沿轴线剖开,经过抛磨、腐蚀 后,利用光学显微镜观察其显微组织。可以看到断 口心部的显微组织为回火索氏体,未发现异常组织 (见图3)。整个剖面上有大量的黑色网状裂纹(见 图4)。黑色网状裂纹是材料在过烧温度下,晶界位 置存在磷、硫等元素聚集留下的痕迹,在后续的热处 理加工过程中,无法消除这种组织的影响[3-6]。 

在驱动轮轴上未经锻打、经过调质的部位取样, 将试样放在光学显微镜下观察,发现该试样为正常 的回火索氏体(见图5)。

1.4 硬度测试 

用 HB-3000B型布氏硬度计对驱动轮轴的心部 硬度进行测试。用 HR-150G型高精度洛氏硬度计 对驱动轮轴的表面硬度进行测试,结果如表1所示。

1.5 热酸蚀试验 

在断裂的驱动轮轴上未经过锻打、经过调质的 部位取样,进行热酸蚀试验。热酸蚀后轮轴的宏观 形貌如图6所示。

2 综合分析 

断口心部的SEM 形貌显示:驱动轮轴断口心 部位置有明显的晶界熔化形成的自由结晶面和一些 孔洞,说明零件在生产过程中发生了由于加热温度 过高导致的过烧现象。

金相检验结果显示:垂直于驱动轮轴断口的整 个剖面上有大量黑色网状裂纹,说明该区域发生了高温过烧。在该驱动轮轴的加工过程中,只有锻造 和调质两道工序对零件整体进行加热,有心部组织 过烧的可能。 

由金相检验结果可以看出:断口处及经过调质、 未经过锻打部位的显微组织均为正常的回火索氏 体。热酸蚀结果显示,驱动轮轴未经过锻打、经过调 质的部位不存在黑色网状裂纹和孔洞,两者都说明 驱动轮轴在调质过程中未发生过烧现象。 

该驱动轮轴在调质热处理过程中未发生过烧, 结合驱动轮轴的加工工艺,最终确定驱动轮轴在锻 造过程中发生了局部过烧现象。 

3 结语 

驱动轮轴在锻造过程中发生局部过烧现象,引起 材料的塑性和强度下降,进而导致驱动轮轴在校直应 力的作用下发生开裂。建议严格控制锻造过程中的 加热温度和保温时间,以防止该类现象再次发生。

参考文献: 

[1] 冶金工业部钢铁研究院.合金钢断口分析金相图谱 [M].北京:科学技术出版社,1979. 

[2] 王广生,石康才,周敬恩.金属热处理缺陷分析及案例 [M].北京:机械工业出版社,2007. 

[3] 崔广磊,李超,阎平.34CrNiMo6钢过热过烧断口研 究[J].包头职业技术学院学报,2021,22(3):32-35. 

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[5] 高东宏,张炜.超声波探伤技术在转向节过热过烧缺陷 检测中的应用[J].汽车工艺与材料,2020(8):18-23. 

[6] 张静江,徐勇.轿车稳定杆球销断裂失效分析[J].理 化检验(物理分册),2005(增刊1):173-175.

<文章来源 >材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 59卷 > 4期 (pp:29-30)>