锁紧销断裂失效分析

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1、锁紧销断裂失效分析某汽车在运行过程中，锁紧销发生失效破坏。锁紧销总长约40mm左右，肓径①4mm,锁紧销两侧断口不能够完全啮合，其中间部分材料在断裂后遗失，拼接后总长33mm,见图1。锁紧销的热处理工艺为860°C淬火+450°C〜470°C回火。按照技术要求：锁紧销热处理后心部硬度应为HRC42-48o为分析锁紧销断裂原因，对锁紧销断裂后剩余部分进行受力分析、成分分析、断口分析、金相组织观察及硕度测试。图1锁紧销失效破坏残余部分照片1、受力分析差速器锁紧销受力分析F——剪切力；Ml、M2——行星齿轮

2、所受扭矩图2差速器锁紧销受力示意图锁紧销的作用是将行星齿轮轴固定在机壳上，限制行星齿轮轴随行星齿轮同步转动，如上图：两行星齿轮的转向相反，正常工作情况下行星齿轮受到的摩擦力较小，同时锁紧销受到的剪切力也比较小。断裂的锁紧销现场工作时出现了一侧行星齿轮与行星齿轮轴烧结在一起而抱死的情况，锁紧销所受剪切力迅速增大，最后导致锁紧销断裂。2、检验项目及结果2.1化学成分分析断裂锁紧销材质为35CrMo,从销上取样进行成分分析，分析结果见表1。表1：化学成分对照元素CMnSiCrMo标准值0.32〜0.400.

3、40〜0.700.17〜0.370.80〜1.100.15〜0.25失效件实测0.340.500.270.890.16由分析结果可以看出材料成分符合标准要求。2.2断口分析锁紧销的断口如图3所示，从断口宏观形貌观察，为高速剪切力作用下产生的切应力断口，断口表面较为光滑，有明显的机械摩擦造成的表面痕迹，断口大部分面积为平滑的塑性变形表面（图3a））o在锁紧销和行星齿轮轴孔边缘处图3a）右侧），为锁紧销受力最大的位置，裂纹最早由此处产生。在图3b）、图3c）中可清晰看到塑性变形产生的台阶，在裂纹源向轴心方

4、向可观察到多条垂直于断裂方向的微观裂纹，这些显微裂纹是在快速断裂过程中，剪切应力超过材料的强度极限造成的锁紧销基体撕裂，形成了局部多条平行裂纹带，但撕裂带还未来得及扩展，其下方部分就在高速的剪切力下瞬间断裂；图3d）为剪切唇放大图，其与销子中心之间为最后瞬断前的撕裂区；图3e）、图3D为最后瞬断前的撕裂区放大形貌，韧窝呈抛物线状指向裂纹扩展方向，为典型的剪切断裂断口形貌。随着裂纹的迅速扩展，锁紧销的受力截面迅速减小，剪切应力迅速最大，最后导致锁紧销瞬时断裂。图3a)图3b)图3c)图3d)图3e)图3

5、f)图3锁紧销断口形貌2.2微观组织观察及硬度测试对锁紧销取样分别进行微观组织检验，磨抛后在PMG-3奥林巴斯金和显微镜下进行观察，锁紧销内部夹杂物主要为为D类球状氧化物，等级为1级。夹杂物数量很少且尺寸较小(图4)。图4锁紧销夹杂物形貌100X将抛光后的试样用4%硝酸酒精腐蚀后进行金相组织观察，锁紧销组织为回火屈氏体，经调质后心部硬度为39-40HRC,低于标准值HRC42-48,硬度性能指标略低（图5）。图5锁紧销金相组织形貌500X3断裂原因分析断口分析表明，锁紧销是在与行星齿轮轴接触位置即受力

6、最大的位置发生开裂，并在高速剪切力的作用下发生瞬间剪断；金相组织观察和硕度测试表明：夹杂物等级为D级球状氧化物，夹杂物对行星齿轮轴和锁紧销的性能影响较小，锁紧销微观组织为回火屈氏体，锁紧销的心部硬度实测值均低于技术要求所规定的指标，这反映出材料的强度指标偏低，并不满足标准要求，锁紧销成品的强度及韧性均较低，所以锁紧销的抗剪断能力不足，在较大扭转和剪切力的共同作用下发生失效破坏。4预防措施根据宏观及微观断口分析、受力分析、金相组织观察及硬度测试结果，现提出以下措施预防锁紧销发生失效破坏：1）行星齿轮轴安

7、装锁紧销的销孔的边缘进行适当倒角，出现类似情况时可增大接触面积，降低剪切应力；2）优化热处理工艺，保证锁紧销的性能指标符合技术要求的规定值，提高锁紧销抗剪切性能。