齒輪減速機第二軸在總裝時發(fā)生批量斷裂，斷裂部位均在軸端螺紋收尾根部。采用化學(xué)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(jìn)行分析。結(jié)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(dāng)，以及機加工缺陷引起的應(yīng)力集中是導(dǎo)致斷裂的主要原因。提出了改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞：顯微組織;超音頻回火;應(yīng)力集中;馬氏體
1情況簡介
變速箱第二軸經(jīng)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(chǎn)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(shù)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理化檢驗
2.1化學(xué)成分分析
在斷裂件上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(jīng)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(jīng)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。
2.4金相檢驗
在斷口處制取金相試樣，光學(xué)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(xì)，兩側(cè)無脫碳。
將斷軸螺紋沿軸向切開，檢查經(jīng)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(jīng)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(jié)果分析
根據(jù)成分分析可知，該零件所用材料化學(xué)成分符合GB/T3077-1999中20CrMo鋼的要求，可排除因材料錯用而導(dǎo)致斷裂的因素。
該批零件經(jīng)滲碳淬火后，在螺紋部進(jìn)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(jié)果均表明，此回火過程，實際上是在螺紋部位又進(jìn)行了一次淬火，這必然加大了該處的組織應(yīng)力和熱應(yīng)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(yīng)力集中處;同時該部位也是超音頻回火結(jié)束部位，是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力集中區(qū)，從裂紋的形態(tài)上看系冷應(yīng)力裂紋。
4結(jié)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(yīng)力狀態(tài)。
(2)超音頻回火后產(chǎn)生的裂紋屬冷應(yīng)力裂紋或延遲裂紋，是由于機加應(yīng)力與淬火組織應(yīng)力集中所造成。
5工藝改進(jìn)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(shè)計一個退刀槽，以降低機加工應(yīng)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(chǎn)生應(yīng)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
