減速箱高速軸齒斷失效分析

失效分析方法

在斷軸上截取全斷面制成光譜樣進行化學成分和硬度分析，根據圖紙要求的標準性能判斷所用材料的符合性。

對斷裂軸全截面進行清洗，在低倍率下觀察其宏觀形貌，從宏觀上找出斷裂的撕裂紋走向，從而判斷其斷裂的最初起源點;對斷裂源進行電鏡、金相等分析，找出導致其斷裂失效原因;對斷裂全截面的硬度與顯微組織進行分析，對失效分析的原因做出判斷！

材料材質符合性判斷

1、成分檢測在斷軸上截取全斷面制成光譜樣，隨機取3個點分析，成分實測值與標準成分區間值范圍對比完全吻合，見表1。

2、材料調質硬度

該齒輪軸圖樣要求材料調質后硬度255～286HBW。在斷軸上取樣檢測，結果為262～276HBW10/3000，符合要求。

減速箱高速軸齒斷失效分析

1、基體金相組織和硬度分析

韶鋼煉鐵廠1號高爐主卷揚機減速箱高速齒輪軸材質為調質40Cr，目標組織為回火索氏體。

（1）試樣表面基體組織與夾雜物情況在試樣靠近斷面20mm處取全截面試樣分析基體組織，選取試樣邊緣作為檢測點，檢測結果：金相組織(見圖1、圖2)為回火索氏體+網狀鐵素體(5.7%);夾雜物(見圖3)評級為A2.5eD0.5級;硬度結果為276HBW10/3000。

圖1 邊緣組織(100×) 圖2邊緣組織(500×) 圖3 邊緣夾雜(100×)

（2）試樣徑向1/4處的組織與夾雜物情況在試樣靠近斷面20mm處取全截面試樣分析基體組織，選取試樣徑向1/4處作為檢測點，檢測結果：金相組織(見圖4、圖5)為回火索氏體+網狀鐵素體(16.2%);夾雜物(見圖6)評級為A3.0eD0.5級;硬度結果為262HBW10/3000。

圖4 100× 圖5 500× 圖6 100×

（3）試樣心部(徑向1/2處)的組織與夾雜物情況

在試樣靠近斷面20mm處取全截面試樣分析基體組織，選取試樣心部(徑向1/2處)處作為檢測點，檢測結果：金相組織(見如圖7、圖8)為回火索氏體+網狀鐵素體(18.7%);夾雜物(見圖9)評級為A2.5eD0.5級;硬度結果為246HBW10/3000。

圖7 100× 圖8 500× 圖9 100×

（4）基體組織與硬度分析

從不同部位基體組織檢測結果說明：基體組織中存在鐵素體且其含量呈規律性變化，反映了該軸調質處理中淬火工藝執行質量未達工藝要求;基體中夾雜物較嚴重，進一步降低了該軸的性能。

①鐵素體含量從軸表層到心部呈規律性變化，從6%上升到19%;而硬度從軸表層到心部也呈規律性變化，從276HBW10/3000下降到246HBW10/3000。

②試樣橫截面組織及其均勻性較差。試樣組織為回火索氏體+鐵素體，鐵素體基本呈網狀，這樣的組織脆性大，裂紋容易沿晶界擴散。

③夾雜物較嚴重，在軸橫截面的1/4處達到了最嚴重的3級。夾雜物在交變應力作用下，易誘發裂紋產生而導致軸失效。

2、查找裂紋源

（1）斷裂斷口宏觀分析，找出斷裂裂紋源

分析軸斷口形貌，從其橫截面撕裂方向(見圖10)初步判斷該軸斷口的裂紋源為試樣邊緣結點處(近表面)，該結點為長條橢圓形，裂紋向外擴展，見圖11。觀察可見，此結點顏色與底部基底顏色不一致，結點顏色較亮白，基底顏色深，帶黑紅;結點中間有細小裂紋。

（2）電鏡形貌分析，找出裂紋源

裂紋源的結點進行電鏡掃描，發現該結點與基體呈鑲嵌形態，且與基體間有裂紋，進一步斷定該結點為鑲入物，就是裂紋源。對該結點做細致觀察，確認凹坑處為裂紋源，微觀形貌為河流狀花紋，判斷該軸為脆性斷裂。

3、確認裂紋源

裂紋源處的組織試樣磨制完成后經腐蝕發現：

①結點與其周圍(基體)組織顏色不一致。

②結點周圍(基體)組織為回火索氏體+網狀鐵素體，與基體組織一致;而結點處的組織為單純索氏體組織。

③基體與結點之間有裂紋，裂紋位于軸表面結點底部。

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