摘 要:某型號拖拉機的驅(qū)動輪軸在感應(yīng)淬火后的校直工序中發(fā)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(jié)果表明:驅(qū)動輪軸在鍛造過程中產(chǎn)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(fā)生了斷裂。
關(guān)鍵詞:驅(qū)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(qū)動輪軸在感應(yīng)淬火后的校直 工序中發(fā)生斷裂,該驅(qū)動輪軸材料為42CrMo鋼,加 工工藝流程為:棒料→鍛造→調(diào)質(zhì)→機械加工→感應(yīng) 熱處理→校直。驅(qū)動輪軸整體經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理,硬度為 262~302HB,外表面經(jīng)過感應(yīng)淬火處理,感應(yīng)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(qū)動輪軸的 斷裂原因進行分析,以防止該類事故再次發(fā)生。
1 理化檢驗
1.1 宏觀觀察
驅(qū)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(qū)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(qū)動輪軸斷口沿軸線剖開,經(jīng)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(fā)現(xiàn)異常組織 (見圖3)。整個剖面上有大量的黑色網(wǎng)狀裂紋(見 圖4)。黑色網(wǎng)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(xù)的熱處 理加工過程中,無法消除這種組織的影響[3-6]。
在驅(qū)動輪軸上未經(jīng)鍛打、經(jīng)過調(diào)質(zhì)的部位取樣, 將試樣放在光學顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)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(qū)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(qū)動輪軸的表面硬度進行測試,結(jié)果如表1所示。
1.5 熱酸蝕試驗
在斷裂的驅(qū)動輪軸上未經(jīng)過鍛打、經(jīng)過調(diào)質(zhì)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(qū)動輪軸斷口心 部位置有明顯的晶界熔化形成的自由結(jié)晶面和一些 孔洞,說明零件在生產(chǎn)過程中發(fā)生了由于加熱溫度 過高導致的過燒現(xiàn)象。
金相檢驗結(jié)果顯示:垂直于驅(qū)動輪軸斷口的整 個剖面上有大量黑色網(wǎng)狀裂紋,說明該區(qū)域發(fā)生了高溫過燒。在該驅(qū)動輪軸的加工過程中,只有鍛造 和調(diào)質(zhì)兩道工序?qū)α慵w進行加熱,有心部組織 過燒的可能。
由金相檢驗結(jié)果可以看出:斷口處及經(jīng)過調(diào)質(zhì)、 未經(jīng)過鍛打部位的顯微組織均為正常的回火索氏 體。熱酸蝕結(jié)果顯示,驅(qū)動輪軸未經(jīng)過鍛打、經(jīng)過調(diào) 質(zhì)的部位不存在黑色網(wǎng)狀裂紋和孔洞,兩者都說明 驅(qū)動輪軸在調(diào)質(zhì)過程中未發(fā)生過燒現(xiàn)象。
該驅(qū)動輪軸在調(diào)質(zhì)熱處理過程中未發(fā)生過燒, 結(jié)合驅(qū)動輪軸的加工工藝,最終確定驅(qū)動輪軸在鍛 造過程中發(fā)生了局部過燒現(xiàn)象。
3 結(jié)語
驅(qū)動輪軸在鍛造過程中發(fā)生局部過燒現(xiàn)象,引起 材料的塑性和強度下降,進而導致驅(qū)動輪軸在校直應(yīng) 力的作用下發(fā)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(xiàn)象再次發(fā)生。
參考文獻:
[1] 冶金工業(yè)部鋼鐵研究院.合金鋼斷口分析金相圖譜 [M].北京:科學技術(shù)出版社,1979.
[2] 王廣生,石康才,周敬恩.金屬熱處理缺陷分析及案例 [M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.
[3] 崔廣磊,李超,閻平.34CrNiMo6鋼過熱過燒斷口研 究[J].包頭職業(yè)技術(shù)學院學報,2021,22(3):32-35.
[4] 林治明.關(guān)于鋼過熱過燒斷口的新觀察[J].理化檢驗 (物理分冊),1981,17(5):2-7.
[5] 高東宏,張煒.超聲波探傷技術(shù)在轉(zhuǎn)向節(jié)過熱過燒缺陷 檢測中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2020(8):18-23.
[6] 張靜江,徐勇.轎車穩(wěn)定桿球銷斷裂失效分析[J].理 化檢驗(物理分冊),2005(增刊1):173-175.