《(2.86)--材控金属构件失效分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(2.86)--材控金属构件失效分析.ppt（17页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、调整螺杆的失效分析图1 断裂调整螺杆案例背景调整螺杆是轨道车上一件非常重要的零部件,起着调整闸瓦间隙大小,平衡和保证车辆刹车灵活性的作用。为了确保其耐磨性及抗拉性,对调整螺杆的材质有一定要求。该螺杆材质为45#钢,热处理后硬度要求为24HRC28HRC。某公司在轨道车上使用的调整螺杆在运行1年7个月后,发生了早期断裂,采用化学成分分析、力学性能试验、金相检验等方法对调整螺杆断裂的原因进行了分析。目录目录2力学性能检测3金相分析1化学成分分析http:/ 6992015优质碳素结构钢标准中对45#钢的化学成分规定,对该调整螺杆进行化学成分。其检测结果详见表1。1.化学成分分析表1 调整螺杆的化学
2、成分(质量分数%)从分析结果可以看出,调整螺杆中Mn的含量高于GB/T699-2015优质碳素结构钢标准中45#钢Mn的标准值要求,影响了其整体性能。Mn在钢铁中主要以MnS状态存在,适量的Mn在钢中可以显著改善钢材的冷脆性能,并提高其屈服强度和抗拉强度,同时又降低塑性和冲击韧性,对钢中有害元素氧具有脱除作用,可与钢中硫在高温下合成MnS,减除因硫而产生的热脆现象。过量的Mn会使钢材变脆,减弱钢的抗腐蚀能力,降低其焊接性能。这是该调整螺杆断裂的主要原因。根据GB/T 6992015优质碳素结构钢标准中对45#钢的力学性能的要求,对该调整螺杆进行力学性能检测,其中包括硬度检测、拉伸试验、冲击试验
3、。其检测结果详见表2、表3、表4.2.力学性能检测*HV硬度采用加载力为1kgf。加载时间15s,HRC为设备自动转换。从检测结果可以看出,此调整螺杆的硬度值符合图纸上工艺技术要求HRC 2428.2.1 硬度检测表2 调整螺杆径向上的各处硬度值从检测结果可以看出,此调整螺杆的拉伸试验中的抗拉强度Rm、下屈服强度ReL、断后伸长率A%、断面收缩率Z%四项检测值均符合GB/T699-2015优质碳素结构钢标准中力学性能的要求。2.2 拉伸试验表3 调整螺杆的拉伸试验结果从检测结果可以看出,此调整螺杆的冲击试验中的冲击吸收功检测值均符合GB/T 6992015优质碳素结构钢标准中力学性能的要求。2
4、.3 冲击试验表4 调整螺杆的冲击试验值调整螺杆断口形貌见图2,裂纹源有两个,从螺杆两侧螺牙的起源,沿螺杆横断面扩展,到达中线附近以近45角发生断裂,将断口分为两个台阶,两台阶面比较平齐,其上均有较明显的贝纹线,属于典型的双向弯曲疲劳断口。两裂纹源在螺杆纵向高度上相差了4个螺纹的距离,图2中右侧裂纹源对应于图1中断裂位置的正下方,初步判定,行车过程中两裂纹源侧受到交变双向弯曲作用力。3.金相分析3.1 宏观检验图2 调整螺杆断口形貌对该螺杆断口进行表面微观形貌分析,裂纹源区未见明显机加及材料缺陷,整个裂纹源区、扩展区由于断口间相互挤压,表面几乎均为变形层,但都存在晶间裂纹特征,见图3、图4.瞬
5、断区为准解理断裂特征,并伴有大量二次裂纹,见图4.3.2 断口扫描电镜分析图3 裂纹源区高倍形貌图4 裂纹扩展区高倍形貌沿裂纹源处取样做显微组织分析,该调整螺杆非金属夹杂物形貌见图5、图6.沿轴向分布少量的超尺寸夹杂物,评定级别为A0,B0,C3es,D1.5.3.3 显微组织分析图5 螺杆非金属夹杂物形貌图6 超尺寸夹杂物形貌从图2中右侧裂纹源显微组织形貌分析,断裂起源于螺纹牙底,断口处未见明显脱碳及增碳现象。与该裂纹源相邻的螺纹牙底存在长度约0.3mm的裂纹,观察两裂纹源侧的螺纹牙底,均发现不同程度的裂纹存在,最长的裂纹达到约2.4mm,裂纹形貌见图7、图8。3.3 显微组织分析图7 左侧
6、裂纹源相邻螺纹牙底形貌图8 与右侧裂纹源相邻4个螺纹的牙底形貌与两裂纹源连线的垂直方向上,除了与断面相邻的第一个螺纹牙底有轻微裂纹外,在其余牙底未见明显的裂纹。当变形能力不能满足应力条件的要求时便产生裂纹,随着裂纹的扩展,有效承载面积不断减少,即有效应力不断增大,因此韧性随着裂纹的扩展,表面残留变形越来越大。该螺杆的显微组织为回火索氏体,属于正常调质组织.3.3 显微组织分析结果分析1.从以上检验结果可知,失效调整螺杆为疲劳断裂,两个疲劳源分别位于与传动轴线垂直的螺杆牙底两侧。其化学成分中Mn元素含量较标准要高,资料显示,Mn含量的增加能提升钢的强度和硬度,但另一方面,Mn含量较高时,钢会有明
7、显的回火脆性,该断裂螺杆回火温度正好处于第二类回火脆性的温度范围内。从微观断口分析以及硬度结果来看,与该结论较为吻合。2.显微组织中存在少量的沿轴向分布的大尺寸夹杂物,这种夹杂物的存在在一定程度上割裂了基体的完整性,影响其强度及增加脆性。螺杆显微组织为回火索氏体,说明其热处理状态良好。从两裂纹源侧的螺牙底裂纹显微组织、数量来看,裂纹应该是使用过程中产生的,且两裂纹源侧受到了较大交变双向平面弯曲作用力。在材料回火脆性及夹杂物的不利条件下,在螺牙底的应力集中处,容易形成裂纹,在不断轴向力作用下扩展,直至断裂。该调整螺杆的化学成分中Mn的含量高于GB/T 6992015优质碳素结构钢的标准中对45#
8、钢的要求;力学性能检测结果符合该标准的要求;宏观检验属于典型的双向弯曲疲劳断口;扫描电镜分析瞬断区为准解理断裂特征,并伴有大量二次裂纹;显微组织分析沿轴向有少量超尺寸的夹杂物。综上所述,失效调整螺杆为疲劳断裂,断裂主要是第二类回火脆性及夹杂物引起螺杆性能下降造成的。结论参考文献：1杨秀洁.调整螺杆的失效分析.绿色环保建材.2019年(09):184-185+1872巴发海,李勇.铁水包耳轴断裂失效分析J.理化检验(物理分册),2019(3):184190.3王荣.机械装备的失效分析(续前)第三讲断口分析技术(上)J.理化检验(物理分册),2016(10):698704.4天国臣,栾加天,臧国彬等.凸轮挠曲阀拉杆断裂失效原因分析J.炼油与化工,2014(3):3233.5付洋洋,王荣.风力发电机组用变桨轴承外圈断裂的原因J.机械工程材料,2019(4):8386.THANKS