曹春玉 呂峰 趙浙宏

（國家農(nóng)作物收割機械設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）

　　摘　要：用布氏硬度法、金相法等測試方法分析了過橋主傳動軸斷裂的原因.結(jié)果表明，斷軸的主要原因是:調(diào)質(zhì)工藝中，由于軸的橫截面沒有被淬透，軸心部金相組織為非正常調(diào)質(zhì)組織，導(dǎo)致軸的整體力學(xué)性能滿足不了工作要求，在收獲過程中，過橋軸承受較大扭轉(zhuǎn)負荷，易斷裂。

　　關(guān)鍵詞：失效分析；40Cr鋼；金相檢驗
　　0　引言
　　某企業(yè)新近生產(chǎn)的玉米收獲機在銷售后收獲作業(yè)時過橋主傳動軸屢次出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，因此該企業(yè)委托我單位對其斷裂原因進行失效分析。玉米收獲機在進行收獲作業(yè)過程中，過橋主傳動軸主要擔(dān)負著傳遞扭矩為割臺工作傳遞動力的工作。如果該零件斷裂失效，收獲機就無法進行工作，直接影響收獲作業(yè)。因此，作者對其進行失效分析，以期提出切實可行的解決辦法。

　　1　軸的技術(shù)要求
　　該軸為委托外協(xié)加工企業(yè)加工，技術(shù)文件為設(shè)計圖紙，主要要求為材質(zhì)40Cr，熱處理工藝調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)硬度221～269HBW，設(shè)計直徑40mm，金相組織設(shè)計圖紙未提要求。

　　2　試驗方法
　　觀察軸的外觀、斷口形貌，對金相組織、成分、硬度進行測試分析，在此基礎(chǔ)上對軸的失效原因進行分析。
　　從表3與表4看出，樣品A與樣品B心部硬度達到設(shè)計要求，但數(shù)據(jù)接近設(shè)計要求下限值。

　　2.1斷口初步分析

　　樣品如圖所示，兩件軸為同一批次、同一規(guī)格產(chǎn)品，加工工藝與熱處理工藝相同。為了方便表述和區(qū)分，斷軸編為樣品A（見圖1、圖2），未使用軸編為樣品B（見圖3）。從圖3中可以看出，樣品B加工有鍵槽，經(jīng)檢測，精度符合設(shè)計要求，且沒有車痕損傷等應(yīng)力集中點。從圖1中可以看出，樣品A斷口形貌是發(fā)亮的結(jié)晶狀，與正應(yīng)力方向垂直，且沒有明顯的塑性變形，應(yīng)屬于脆性斷裂。這些結(jié)晶狀裂紋匯集于圖中所圈處，因此，裂紋源應(yīng)為圖中所圈處。

　　2.2樣品成分分析
　　兩件軸都是同一批材料加工而成，經(jīng)直讀光譜儀檢測分析，樣品的主要化學(xué)成分見表1。從表1可以看出軸符合GB/T3077-1999中40Cr鋼的化學(xué)成分要求，見表2。

　　2.3樣品布氏硬度測試
　　對樣品A和樣品B心部分別進行布氏硬度測試，樣品A布氏硬度試樣塊距離斷口2cm處切取，切取時注意冷卻，防止過熱，組織和硬度發(fā)生變化。測試結(jié)果見表3及表4。
　　2.4金相組織分析
　　切取布氏硬度試樣塊時剩余的斷軸部分，清洗并將此試樣沿直徑切成四部分，取其一部分，清洗斷口表面的油漬、污物；用砂輪將斷口稍微磨平（磨時注意用水冷卻以免試樣的組織因受熱而發(fā)生變化）；把磨平、洗凈、吹干后的試樣，手工依次在由粗到細的各號砂紙上磨制，再拋光（機拋光）；采用4％硝酸酒精溶液浸蝕后用電吹風(fēng)吹干試樣表面，在500倍金相顯微鏡下對其進行橫截面金相觀體、條狀及塊狀鐵素體，導(dǎo)致其硬度值僅接近設(shè)計值下線，原因在于調(diào)質(zhì)過程中，軸沒有被淬透。該軸采用的40Cr鋼的臨界淬透直徑為30～40mm，而該軸設(shè)計直徑僅為40mm，理論上，該軸應(yīng)該被整體淬透，心部應(yīng)為回火索氏體，不應(yīng)出現(xiàn)屈氏體、條狀及塊狀鐵素體，可能原因是因為實際淬火溫度過高，使鋼的晶粒長大，淬火后心部得到粗大的馬氏體，而隨后的回火溫度又過低，以至馬氏體未充分分解，部分轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，仍保持較大的脆性，在使用中極易造成脆性斷裂。因此，認為外協(xié)加工企業(yè)在淬火時出現(xiàn)了問題。該企業(yè)外協(xié)加工的過橋軸，木是安裝在谷物收獲機械上的零件，沒有出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，在將該軸安裝在玉米收獲機械上后，開始出現(xiàn)斷軸現(xiàn)象，原因在于，過橋軸為玉米收獲機械割臺傳遞力矩時，承受更大的負荷，由于軸熱處理時出現(xiàn)問題，軸整體力學(xué)性能下降，在承受較高的扭轉(zhuǎn)負荷時，發(fā)生斷裂。

　　由于過橋軸橫截面沒有被淬透，且淬火、回火工藝存在問題，軸心部金相組織為非正常調(diào)質(zhì)組織，導(dǎo)致軸整體力學(xué)性能滿足不了工作要求，在收獲過程中，過橋軸承受較大扭轉(zhuǎn)負荷，易斷裂。建議加強質(zhì)量管理與控制，修改設(shè)計圖紙，增加金相組織要求，具體為表面與心部組織皆為回火索氏體，級別為1～4級，提高硬度范圍，具體為240～280HBW，同時及時與外協(xié)加工企業(yè)溝通，解決熱處理工藝中存在的問題。

（來源：農(nóng)機使用與維修）