欢迎访问大连冶金轴承股份有限公司官网!

轴承知识

KNOWLEDGE

履带用销轴断裂原因分析

2019-11-23
谷圣龙 夏志伟
  摘 要:某履带用销轴在整车组装完成后即发生大面积断裂现象。采用化学成分检测、金相检验、硬度测试及断口的宏、微观形貌观察等方法对销轴断裂原因进行了分析。结果表明,销轴制造过程中热处理工艺选用不当,造成心部硬度偏低,表面淬硬层硬度偏高,从而降低了销轴的综合性能,最终导致销轴工作过程中受剪切应力而断裂。
  关键词:销轴;热处理工艺;断裂
  履带销轴是工程机械履带的联接部件,它通过销套将前后两个轨链节联接起来,起到抗拉、抗剪切、耐磨的作用。刘建涛等人[1]发现,非金属夹杂物破坏销轴整体性及连续性,降低钢的强度和韧性;原材料未经良好的轧制和均匀化退火,保留有树枝状结晶和偏析,降低了销轴的综合性能,均容易导致销轴在使用过程中断裂。杨当友等人[2]发现,销轴的热处理工艺不合理,导致表层出现严重脱碳现象及屈氏体和心部铁素体组织缺陷,后续回火不充分,造成销轴早期疲劳断裂。因此热处理工艺的选择对销轴最终的综合性能至关重要。
  使用方提供以下情况:销轴设计材料为45Mn,表面中频淬火硬度为52-58HRC,心部硬度18-20HRC,淬火深度为2-4mm,直径要求24.06-24.09mm;而制造单位因为45Mn材料缺货,采用45Mn2代替生产,整车组装完成后即发生大面积断裂现象。使用方对销轴制作工序及热处理工艺不清楚。
  1 试验材料与方法
  断裂失效的销轴宏观形貌如图1所示。销轴断裂发生于装配的一端。断口较为齐平。采用OLYMPUS BX51M光学显微镜和HVS-10洛氏硬度计分别对销轴横截面进行金相组织和洛氏硬度检验。采用单反相机和HITACHIS-4800扫描电子显微镜对销轴断口进行宏观、微观分析。采用FOUNDRY-MASTER UV全谱直读光谱仪对销轴化学成分进行分析。采用数显游标卡尺对销轴直径进行检测。
  2 试验结果
  2.1化学成分分析
  对销轴心部的化学成分进行检测,结果见表1所示。由表1可知,销轴化学成分符合45Mn2要求。
  2.2断口分析
  如2所示,由销轴断口宏观形貌可知,断口明显分为两种形貌,表现为外部圆环形貌和中部的圆形形貌。断裂起源于销轴边缘,位于图2中A位置,断口未见明显塑性变形。对断口在HITACHI S-4800扫描电子显微镜上观察发现,外部圆环形貌为沿晶断口,如图3所示;对中部的圆形形貌为解理断口,如图4所示。


  2.3显微组织检验
  对销轴的横截面进行显微组织检验。通过观察磨抛后的样品发现,表面淬硬层组织为马氏体组织,表面未发现外力导致的异常组织,如图5所示,心部组织为珠光体+铁素体,如图6所示。

  2.4硬度、淬硬层深度检测
  分别对销轴淬硬层和心部进行硬度测量,并对销轴淬硬层深度进行测量,结果如表2所示。由表2可知,销轴淬硬层硬度高于图纸要求,心部硬度低于图纸要求,淬硬层深度符合图纸要求。
  2.5直径测量
  对销轴直径进行测量,测量结果如表3所示。由表3可知,销轴直径符合图纸的要求。
  3 分析与讨论
  由理化检验结果可知,断裂销轴的化学成分符合变更后45Mn2的要求;断裂销轴心部显微组织为铁素体+珠光体,未见调质组织,淬硬层的显微组织未见异常;淬硬层硬度高于图纸设计要求,心部硬度低于图纸设计要求,淬硬层深度符合图纸要求;销轴直径符合图纸要求。
  由断口分析可知,销轴断裂起源于销轴表面,销轴断口未见明显塑性变形,宏观呈现脆性断裂特征。销轴淬硬层区域断口呈沿晶断口,心部区域呈解理断口形貌。材料心部显微组织铁素体+珠光体,未见高温回火索氏体组织,且心部硬度未达到图纸要求,显著降低了销轴整体的承载能力;加工单位在变更材料的同时未及时调整表面中频淬火工艺,造成表面硬度偏高,降低了材料的韧性。销轴在工作过程中,承受的剪切应力超过销轴的承载能力,从而发生脆性断裂。
  4 结论及建议
  (1)销轴断裂是由于选用热处理工艺不当,未进行整体调质处理后再进行表面中频感应淬火,降低了销轴的承载能力;且材料变更后表面感应淬火工艺调整不当,降低了销轴的韧性,使用过程中发生脆性断裂。
  (2)建议选用正确的热处理工艺进行制作,涉及到材料变更时及时调整热处理工艺,保证材料的心部及表面的综合力学性能,方可避免此类现象的发生。
  参考文献
  [1]刘建涛,李运刚,边勇俊,等.挖掘机履带主销轴断裂原因分析[J].科协论坛(下半月),2013(9):15.
  [2]杨当友,李张银,吴桂根,等.销轴断裂原因分析[J].理化检验(物理分册),2008(12):721-723.
来源:《中国科技纵横》2019年6期
©版权所有:大连冶金轴承集团有限公司      ICP: 辽ICP备19002497号     技术支持:佰联轴承网