摘 要:某型號拖拉機的驅動輪軸在感應淬火后的校直工序中發生斷裂,采用宏觀觀察、金相檢 驗、熱酸蝕試驗等方法對斷裂原因進行分析。結果表明:驅動輪軸在鍛造過程中產生了局部過燒, 導致材料的強度和塑性大大降低,當受到過大的外部作用力時,零件發生了斷裂。
關鍵詞:驅動輪軸;鍛造;過燒;斷裂
中圖分類號:TB31;TG115.2 文獻標志碼:B 文章編號:1001-4012(2023)04-0029-02
某型號拖拉機的驅動輪軸在感應淬火后的校直 工序中發生斷裂,該驅動輪軸材料為42CrMo鋼,加 工工藝流程為:棒料→鍛造→調質→機械加工→感應 熱處理→校直。驅動輪軸整體經過調質處理,硬度為 262~302HB,外表面經過感應淬火處理,感應淬火后 硬度為50~57HRC,淬硬層深度為7~9mm。
筆者采用一系列理化檢驗方法對該驅動輪軸的 斷裂原因進行分析,以防止該類事故再次發生。
1 理化檢驗
1.1 宏觀觀察
驅動輪軸斷口無明顯塑性變形,斷口邊緣比較 平整,心部粗糙,斷口宏觀形貌如圖1所示。
1.2 掃描電鏡分析
采用ZEISSEVO18型掃描電子顯微鏡(SEM)對驅動輪軸斷口的中心部位進行觀察,在斷口心部 位置存在晶界熔融特征(見圖2)。零件在加熱過程中,溫度過高導致零件過燒。過燒造成晶界熔化和 晶界開裂等不可消除的缺陷,嚴重降低了材料的塑 性和強度[1-2]。
1.3 金相檢驗
將驅動輪軸斷口沿軸線剖開,經過拋磨、腐蝕 后,利用光學顯微鏡觀察其顯微組織。可以看到斷 口心部的顯微組織為回火索氏體,未發現異常組織 (見圖3)。整個剖面上有大量的黑色網狀裂紋(見 圖4)。黑色網狀裂紋是材料在過燒溫度下,晶界位 置存在磷、硫等元素聚集留下的痕跡,在后續的熱處 理加工過程中,無法消除這種組織的影響[3-6]。
在驅動輪軸上未經鍛打、經過調質的部位取樣, 將試樣放在光學顯微鏡下觀察,發現該試樣為正常 的回火索氏體(見圖5)。
1.4 硬度測試
用 HB-3000B型布氏硬度計對驅動輪軸的心部 硬度進行測試。用 HR-150G型高精度洛氏硬度計 對驅動輪軸的表面硬度進行測試,結果如表1所示。
1.5 熱酸蝕試驗
在斷裂的驅動輪軸上未經過鍛打、經過調質的 部位取樣,進行熱酸蝕試驗。熱酸蝕后輪軸的宏觀 形貌如圖6所示。
2 綜合分析
斷口心部的SEM 形貌顯示:驅動輪軸斷口心 部位置有明顯的晶界熔化形成的自由結晶面和一些 孔洞,說明零件在生產過程中發生了由于加熱溫度 過高導致的過燒現象。
金相檢驗結果顯示:垂直于驅動輪軸斷口的整 個剖面上有大量黑色網狀裂紋,說明該區域發生了高溫過燒。在該驅動輪軸的加工過程中,只有鍛造 和調質兩道工序對零件整體進行加熱,有心部組織 過燒的可能。
由金相檢驗結果可以看出:斷口處及經過調質、 未經過鍛打部位的顯微組織均為正常的回火索氏 體。熱酸蝕結果顯示,驅動輪軸未經過鍛打、經過調 質的部位不存在黑色網狀裂紋和孔洞,兩者都說明 驅動輪軸在調質過程中未發生過燒現象。
該驅動輪軸在調質熱處理過程中未發生過燒, 結合驅動輪軸的加工工藝,最終確定驅動輪軸在鍛 造過程中發生了局部過燒現象。
3 結語
驅動輪軸在鍛造過程中發生局部過燒現象,引起 材料的塑性和強度下降,進而導致驅動輪軸在校直應 力的作用下發生開裂。建議嚴格控制鍛造過程中的 加熱溫度和保溫時間,以防止該類現象再次發生。
參考文獻:
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