減速機(jī)高速齒輪軸斷裂失效分析

減速機(jī)高速齒輪軸斷裂失效分析摘要：本文通過分析減速機(jī)高速軸位置的斷口的宏觀上的特性，及表面的金相組織，化學(xué)成分以及硬度等方面的物理性質(zhì)加以觀察和分析，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)的測試。由實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)結(jié)果顯示出，減速機(jī)的高速軸并未按照圖紙上的要求選用42CrMo鋼；在使用之前也沒有按照所規(guī)定的進(jìn)行調(diào)制處理。由于鍵槽并未按照規(guī)定的位置設(shè)計(jì)以及原材料組織上的缺陷導(dǎo)致其發(fā)生早期斷裂現(xiàn)象而導(dǎo)致最終失效。關(guān)鍵詞：高速軸；魏氏體組織；；斷裂；失效在工廠二輥壓機(jī)構(gòu)中的減速機(jī)高速軸上線運(yùn)行13天后出現(xiàn)了斷裂的現(xiàn)象。在之前給出的圖紙樣例中提到了，這個(gè)軸的制造圖紙上對于原材料的要求是42CrMo鍛鋼，硬度為270?300HB,調(diào)質(zhì)熱處理。同時(shí)還要對端口位置的宏觀上的形態(tài)，金相組織，物理性質(zhì)如硬度以及化學(xué)成分等進(jìn)行相應(yīng)的觀察和測試，進(jìn)而為今后這類軸零件的生產(chǎn)量的提升，以及在具體應(yīng)用時(shí)候的使用提供有效的理論參考。進(jìn)而防止斷裂一類的事件發(fā)生。一、對于檢測結(jié)果的分析和研究（一）端口宏觀相貌的觀察結(jié)果。軸同軸間的過渡和鏈接的位置是減速機(jī)高速軸發(fā)生斷裂的最主要的地方。此處直徑大小發(fā)生突變，最為關(guān)鍵的是這是軸的直徑最小的地方。結(jié)構(gòu)圓角的常見現(xiàn)象由于截面形狀的變化以及軸間和軸的相交位置的幾何關(guān)系處于垂直的狀態(tài)而導(dǎo)致必將會(huì)出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象。端口經(jīng)常見到的形貌特點(diǎn)便是具有很高的脆性以及較為平整，例如一種極為常見的是扭轉(zhuǎn)應(yīng)力所導(dǎo)致的斷裂口。只有受力的地方才是裂紋出現(xiàn)的根源，及軸鍵槽的受力的一面。應(yīng)力的大小和半徑的大小呈現(xiàn)反比的關(guān)系，也就是說半徑較小的地方應(yīng)力則很大。半徑最小的便是軸鍵槽的根部位置，在此處經(jīng)常出現(xiàn)應(yīng)力集中地現(xiàn)象從而承受很大的拉應(yīng)力；如果不進(jìn)行強(qiáng)化處理就會(huì)提高出現(xiàn)裂紋（這種裂紋是由于疲勞產(chǎn)生的），對于軸類具有很強(qiáng)的破壞性，出現(xiàn)提前失效，很大程度上減少了其壽命。在裂紋的擴(kuò)展部位較為平坦光滑，同時(shí)具有相對較大的表面積，幾乎覆蓋了整個(gè)端口區(qū)域的2、3、在軸的另外一側(cè)是瞬間斷裂區(qū)，緊靠其邊緣位置，相對面積不大，同時(shí)表面光滑度很差。由此可以得出結(jié)論是低周疲勞斷裂。（二）對其化學(xué)成分的研究和分析。對于化學(xué)成分分析時(shí)，我們采用的是直讀光譜儀ARC-MET8000來研究。并得出相應(yīng)的結(jié)果并列出相應(yīng)的表格。有所列表可以得出的結(jié)論是，這個(gè)軸材料并不符合之前所要求的GBT3077-1999的42CrMo鋼成分結(jié)構(gòu)，而是采用了另外一種調(diào)制剛。即（GB、T699T999的50鋼）?？冢ㄈ┙饘亠@微組織的觀察。首先要進(jìn)行金相制樣；具體步驟是，在軸的外層表面取點(diǎn)，采用濃度約為4%的硝酸溶液和酒精的混合溶液對其進(jìn)行腐蝕操作。過了一定的時(shí)間之后，在金像顯微鏡下仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)他的纖維組織是沿著境界呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布的鐵素體和呈現(xiàn)片狀的珠光體，還有為數(shù)不多的魏氏組織。42CrMo鋼和50鋼調(diào)質(zhì)熱處理之后的應(yīng)該出現(xiàn)的金像組織不是回火索氏體和量及其微小的鐵素體，但是這個(gè)軸的金相組織不是回火的索氏體卻呈現(xiàn)出原始的正火態(tài)的組織現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)表明這個(gè)軸并沒有按照之前的要求進(jìn)行調(diào)制處理過程。對于經(jīng)過回火過程的索氏體組織，出現(xiàn)的狀況應(yīng)該是由很高的強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)該表現(xiàn)出來良好的韌性。這種性能直接決定了用這種材料所制造出來的軸類零件會(huì)有很強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)韌性和抗彎強(qiáng)度，這兩項(xiàng)性能指標(biāo)的出現(xiàn)決定其斷裂強(qiáng)度的提高。鋼的抗拉強(qiáng)度并不會(huì)由于魏氏組織的存在而發(fā)生顯著地變化，但是對于鋼的塑性的降低卻有著很明顯的影響。尤其是抗沖擊的韌度，在很大程度上有所降低。經(jīng)常伴隨魏氏組織共同出現(xiàn)的便是體積很大的奧氏體晶粒，對于鋼的力學(xué)性能也有很大程度的影響。魏氏組織是由于在加熱過程中沒有進(jìn)行好對于溫度的控制操作，溫度過于高所導(dǎo)致的而網(wǎng)狀組織的出現(xiàn)則是因?yàn)榧訜釡囟冗^高但是在冷卻過程中沒有及時(shí)的冷卻到位，速度過低所引起的。就是說網(wǎng)狀組織和魏氏組織有著相同的形成機(jī)理便是溫度的因素，且為加熱溫度過高。故而將這兩類規(guī)定為過熱組織這種組織會(huì)在很大程度上對鋼的韌性起到破壞性的作用。這也是軸斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)的一大重要的因素。（四）硬度的檢測。硬度測試所選取的位置也是軸類零件的外表面處出現(xiàn)的結(jié)果是，軸表面硬度的平均值是203HB左右，這距離調(diào)制硬度所要求的270-300HB具有一定的差距。這種現(xiàn)象額出現(xiàn)說明了這根軸并沒有經(jīng)過調(diào)制的處理過程。二、結(jié)語由以上的闡述我們可以得出相應(yīng)的結(jié)論便是，這個(gè)減速機(jī)的高速軸斷裂的主要原因是沒有按照所規(guī)定的要求選用42CrMo鋼，同時(shí)并沒有按照規(guī)定的步驟進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制處理過程。同時(shí)還有一些其余的外在原因便是本身并沒有采用嚴(yán)格規(guī)范的熱處理的工藝流程，同時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更是缺少了很多必要而且合理的步驟。種種多方面的因素所導(dǎo)致的最終低周疲勞斷裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。而對于這種現(xiàn)象的預(yù)防，我們也有相應(yīng)的應(yīng)對措施。論述如下：（一）應(yīng)該按照圖紙嚴(yán)格對于生產(chǎn)的過程加以規(guī)范性的控制，同時(shí)選材上也應(yīng)該盡量的規(guī)范化。熱處理過程也應(yīng)該采用相應(yīng)的規(guī)范化的步驟。（二）通過正火處理的方式來加工經(jīng)理粗大以及原材料中由組織缺