【130】双螺杆花键轴断裂失效分析报告v1

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1、双螺杆花键轴断裂失效分析报告技术负责人：马小明华南理工大学二O—五年五月目录双螺杆花键轴断裂失效分析报告11概况11.1基本情况11.2实验分析内容21.3参考标准22断口宏观形貌分析32.1宏观形貌分析32.2试样制备63材料化学成分分析104力学性能检测124.1拉伸试验124.2冲击试验154.3硬度检验164.4扭转试验185断口的微观形貌分析215」轴体断口样品的微观形貌分析215.2螺结表面断口微观形貌分析226金相组织分析246.1金相组织分析247结论及建议29双螺杆花键轴断裂失效分析报告1概况针对双螺杆花键轴断裂失效原因，华

2、南理工大学机械与汽车工程学院过程装备故障诊断与失效分析研究室组织专业人员在现场勘查的基础上，对门机减速器输出轴的断裂失效原因进行了系列实验与分析，形成如下实验分析报告，供参考。1.1基本情况失效构件样品为双螺杆花键轴，型号为TEX77aII,螺杆直径为82.5mm,去螺结后轴体肓径为42.7mm,速度为120-1200RPM,L/D比为56,套筒数为16节，输入最大功率为83OKW,齿轮箱输出比为1:1。据了解，损坏时速度为1135RPM,负载为60-70%o将完整的轴命名为1#轴，断裂的轴命名为2#轴。每根轴套有46个螺结。2#轴断裂处为2

3、-16螺结与2-17螺结之间。双螺杆花键轴断裂失效试样如图1所示。(a)完整轴(b)断轴图1实验样品全貌1.2实验分析内容(1)宏观形貌分析(2)化学成分分析；(3)力学性能测试：拉伸、冲击、硬度、扭转等试验；(4)微观断口形貌分析；(5)金相组织分析；(6)结论与建议。1.3参考标准1)GB/T2975-1998《钢及钢产品：力学性能试验取样位置及试样制备》2)GB229-2007《金属材料室温拉伸试验方法》3)GB/T229-2007《金屈材料夏比摆锤冲击试验方法》4)GB/T12778-2008《金属夏比冲击断口测定方法》5)GB/T4

4、340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》6)GB/T10128-2007《金屈材料室温扭转试验方法》7)GB13298-1991《金属显微组织检验方法》2断口宏观形貌分析2.1宏观形貌分析轴体的断口形貌如图2所示图22#轴宏观断口形貌宏观的断口观察发现：•断口平整口断后无可见塑性变形，断口平面与主轴线垂直，具典型的脆性材料扭转断裂宏观特征。•通过分析断面，在断面上找到多个源区，初步认为该轴断裂为多源脆性断裂。源区在图中圈岀。除了轴体断裂外，在两条轴的螺结上均找到破损处，如图3、图4所示。华南理工人学图31#轴螺结表面破损

5、形貌2-12-322・33、2-342-35>2-36图42#轴螺结表面破损形貌2.2试样制备根据标准要求与实际情况，在轴体与螺结上取拉伸、扭转、冲击、金相（显微硬度）、电镜、直读光谱、CS分析试样，來进行相关试验。表1轴体切样数量规划样品类型数量硬度饼1个电镜2块拉伸8根扭转6根冲击6个金相6个CS钻丝1袋荧光光谱1个133_55“JO2Q15扭转*8神击*6光宵硬度饼14,510金相中击光谱而螺结方面，从2・16螺结切取了非标冲击样与金相样，从2・11螺结切取了荧光光谱样。将图3、图4中所有原始断面（菲拆卸时破坏）制取电镜样。3材料化学成

6、分分析将荧光光谱样与cs分析样进行化学成分分析，仪器为荧光光谱仪与高频红外碳硫分析仪（南京麒麟，QL-HW2000B）,检测结果见表2,表3。表2轴体化学成分检验结果[wt%]元素CSiMnPsCrCuNi结果0」80.6111」040.0210.0141.0210.0760.100元素TiVWSnFeMo结果0.00503250.0343・9ppm95.2770.693表3螺结化学成分检验结果[wt%]元素cSiMnPSCrCuNi结果1.420.420.330.070.02134.770」00.17元素VWMo结果2.945.654.90

7、根据轴体的化学成分，可知轴体的原材料接近20MnCr5o20MnCr5为渗碳钢，强度、韧性均高，淬透性良好。热处理后所得到的性能优于20Cro淬火变形小，低温韧性良好，切削加工性较好；但焊接性能低。一般在渗碳淬火或调质后使用。用于制造和重载大截面的调质零件及小截面的渗碳零件，还可用于制造中等负载、冲击较小的中小零件，代替20CrNi使用，如齿轮、轴、主轴、变速装备的摩擦轮、蜗杆、调速器的套筒等。根据螺结的化学成分，可知轴体的原材料接近W6Mo6Cr4V2,®于鹄钳系高速工具钢。该钢的性能如下:（1）硬度在600°C左右的工作温度下，仍能保持较

8、高的硬度。红硬性对热变形模具和高速切削刀具用钢是非常重要的性能。(2)耐磨性具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力。工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下,仍能保持其形