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热处理工艺不合理致使材料力学性能有哪些坏处

文章出处:本站原创 人气:发表时间:2016-03-09 10:10

  某减速机使用30多小时后,齿轮减速机轴发生弯曲,该轴在进行冷校直时发生断裂。通过对断裂轴的断口宏微观分析、金相检验以及硬度测定,认为该轴是在应力集中条件下承受对称旋转弯曲载荷作用,产生早期疲劳断裂。造成疲劳断裂的原因是由于热处理工艺不合理,致使材料力学性能未达到设计要求,导致轴的疲劳抗力降低,加之圆角加工较差,工作时产生应力集中,加速了轴的疲劳断裂。

  某煤矿从国外购进的减速机,安装使用30h余后,齿轮减速机轴发生弯曲,无法正常使用,在对弯曲的减速机轴进行冷校直时,轴突然发生断裂。

  查阅减速机轴的有关技术资料,该轴采用17CrNiMo6钢制造,筛分机的选型轴整体经调质处理后,表面进行中频处理,使轴表面及退刀槽根部洛氏硬度达到59~62HRC。

  (1)减速机轴纵向表面与轴横端面的洛氏硬度检测结果表明,失效轴硬度值在36~39HRC,远低于技术要求的59~62HRC,显然与设计要求不符。

  (2)该轴从表面至心部的组织为回火索氏体,说明该轴是在调质热处理状态下使用的,这与所测得轴的洛氏硬度相吻合。轴的工作状态要求其表面硬度较高、耐磨,心部硬度相对较低,韧性较好。通常情况,轴表面一般经高频或中频处理后才使用[1],而失效轴的调质使用状态与理论要求的高频或中频表面处理使用状态不相符,由于工艺上的不合理,造成轴的疲劳抗力降低。

  (3)从减速机轴断裂的位置看,疲劳起源于轴的退刀槽应力集中处。从微观断口看,有明显的三个区域即裂纹源区、扩展区和瞬断区,属典型的疲劳断裂。断口贝纹线比较扁平,裂纹扩展前沿线两侧的裂纹扩展速度较大,瞬断区在裂纹源的对面,由此可见,失效轴主要受旋转弯曲应力。而从瞬断区较小较圆看,失效轴整体受力较小[2]。根据上述断口分析结果及断裂形貌,认为轴断裂属中等名义应力集中条件的旋转弯曲产生的疲劳断裂。轴在承受旋转弯曲应力的作用下,由于轴的表面硬度较低,加上退刀槽应力集中,使轴在正常工作应力下在退刀槽处过早的产生疲劳裂纹,随着循环载荷的作用,疲劳裂纹不断向基体内扩展,致使轴的***承载尺寸减少,并产生弯曲,当进行冷校直时,对轴的凸起方向施加***向下的外力时,导致轴的断裂。