42CrMo主軸斷裂原因分析

李曉宏 王曉燕 趙秀峰

(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司，遼寧110142)

42CrMo主軸斷裂原因分析

李曉宏 王曉燕 趙秀峰

(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司，遼寧110142)

對斷裂的42CrMo鋼主軸的化學成分、力學性能、金相組織以及夾雜物進行檢驗。通過分析，確定了主軸失效的原因。

42CrMo鋼；主軸；斷裂；組織偏析

破碎機用于礦石的破碎，主軸與錐體襯板裝配在一起構(gòu)成破碎圓錐，是主要工作部分。主軸主要傳遞動力，并承受著不同大小和形式的載荷的作用，如彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊等，因此需要較高的力學性能。此主軸安裝運行數(shù)個月后突然斷裂，遠遠低于設計使用壽命。因此有必要對斷裂軸進行全面分析，找出斷裂原因，保證整套裝置的安全運行，減少不必要的損失。

1 外觀檢查和受力分析

1.1 外觀檢查

主軸材料為42CrMo，單重9892 kg。生產(chǎn)工藝為：鋼錠→鍛造→退火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車。使用過程中在主軸細端距端頭約700 mm處出現(xiàn)斷裂，如圖1所示。

圖1 主軸示意圖

斷口放置一段時間，斷面生銹有油污。斷面與主軸軸線垂直，圓周清晰可見寬約30 mm淬硬層，1/2斷面較平整，無疲勞弧形紋，其余1/2斷面有放射花樣，如圖2所示。

1.2 受力分析

如圖2中標注，A區(qū)為裂紋源區(qū)，B區(qū)為裂紋擴展區(qū)，C區(qū)為瞬間斷裂區(qū)，屬于單向彎曲載荷下的疲勞斷口。從斷面看，疲勞裂紋擴展區(qū)占整個斷面面積30%左右，瞬斷區(qū)占整個斷面面積70%左右，擴散紋占比較小且不明顯。

圖2 斷面照片

2 檢驗分析

2.1 化學成分分析

在斷軸上取樣進行化學成分分析，分析結(jié)果見表1。

表1 化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

圖3 斷口表面金相組織

Figure 3 The metallographic structure of fracture surface

圖4 斷口心部金相組織

Figure 4 The metallographic structure of fracture center

由表1可見，表面化學成分在標準范圍之內(nèi)，而心部C含量嚴重超出標準成分要求。C含量高造成心部組織隨著硬度的升高塑性韌性降低。大軸在使用過程中脆性增大。

2.2 硬度檢測

要求硬度228～269HBW，實測硬度分布：表面250～260HBW，斷面280～300HBW。硬度從表面到心部沿半徑方向呈遞增分布。正常情況下大截面工件調(diào)質(zhì)后硬度的分布，是從表面到心部逐漸遞減，這主要是由于淬火時冷卻速度不同造成的。此斷面與正常調(diào)質(zhì)硬度分布不相符。

2.3 力學性能檢驗

從斷軸1/3半徑處切取縱向試樣，加工成標準的拉伸試樣和沖擊試樣，測定其室溫力學性能。對比JB/T 6396—2006，屈服強度、抗拉強度、硬度均超出標準較多，且沖擊較低?？梢耘袛啻思鬏S綜合性能差，脆性較大。

2.4 金相檢驗

斷口半徑方向距表面15 mm處取樣金相檢驗結(jié)果：非金屬夾雜物B1.5級，D1.5級，晶粒度7級，回火索氏體+少量索氏體、鐵素體，組織不均勻，組織偏析較明顯。表面金相組織如圖3所示。

斷口心部取樣金相檢驗結(jié)果：非金屬夾雜物A2.0級，B2.5級，D1.0級，晶粒度7級，珠光體+少量回火索氏體+極少量鐵素體，組織偏析較明顯。心部金相組織如圖4所示。與表面結(jié)果對比可看出，晶粒度較細，但是夾雜物明顯增多增大，組織偏析更加明顯。

3 結(jié)論

(1)從宏觀斷口看，裂紋源和裂紋擴展區(qū)所占面積較小，說明在過載的狀態(tài)下產(chǎn)生疲勞斷裂，且脆性較大。

(2)近表面處化學成分符合標準，中心部位化學成分超標，調(diào)質(zhì)后硬度高，隨著硬度的升高塑性韌性降低。

(3)中心部位化學成分超標、夾雜物較多，組織偏析明顯，造成調(diào)質(zhì)后硬度過高，綜合力學性能降低，脆性增大。表面磨損產(chǎn)生的缺陷，起到了尖端缺口的作用，受到載荷的作用，缺陷處產(chǎn)生嚴重的缺口效應，形成較高的局部應力集中，導致主軸斷裂。

[1] 何石磊，杜旋，晉帥勇，等. 42CrMo筒體鍛件超標缺陷分析與改進措施[J]. 大型鑄鍛件，2016(3)：31-33.

[2] 王廣生. 金屬熱處理缺陷控制及案例分析實用手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2012.

編輯 杜青泉

Fracture Reason Analysis of 42CrMo Main Shaft

Li Xiaohong, Wang Xiaoyan, Zhao Xiufeng

The inspections of chemical composition, mechanical property, metallographic structure and inclusions for fractured 42CrMo steel main shaft have been performed. By analyzing, the failure reason of main shaft has been determined.

42CrMo steel; main shaft; fracture; microstructure segregation

2017—01—06

李曉宏(1985—)，女，工程師，主要從事熱處理工藝研究與設計工作。

TG115.5

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