ZG35CrMoRE曲轴断裂原因分析.pdf

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1、No．3《大型铸锻件》Mav2010HEAVYCASTINGANDF0RGINGZG35CrMoRE曲轴断裂原因分析张永铌马雪玲(中国二重大型铸锻件研究所，四川618013)摘要：材质为ZG35CrMoRE的空心曲轴铸件，在装配使用1年后发生断裂，为了分析造成断裂的原因，进行了低倍、高倍、断口等一系列理化试验。结果表明，曲轴断裂的原因是该空心曲轴的轴承部位即轴颈的堆焊和局部二次补焊造成的初始焊接裂纹，在偏心载荷低周高应力作用下引发为疲劳断裂。关键词：曲轴；堆焊层；焊接裂纹；低周高应力；疲劳断裂中国分类号：TG31697文献标识码：ADestructionAnalysisofZG

2、35CrMoRECrankshaftZhangYongni，MaXuefingAbstract：EquippedwiththematerialofZG35CrMoREhollowcrankshaftcasting，afterusedforoneyearitappearedrupturing．Forfoundthereasonofrupture，wedidaseriesofmechanicalandchemistrytestsasformacroscop·ic，microscopicaswellasfracture，theresultsshowedthatthebearingpa

3、rtknownasshneckrepairweldingandlo—calsecondaryrepairweldingresultedininitialweldcracksandraisedfatiguebreakundereccentricloadlowcyclehighstress．Keywords：crankshaft；repairweldinglayer；weldcracks；lowcyclehighstress；fatiguebreak材质为ZG35CrMoRE的一批空心曲轴铸件毛坯，经机械加工、装配交付使用1年后，其中有两件空心曲轴发生早期断裂。为了查明空心曲轴断裂

4、的原因，对断裂的空心曲轴断头部分进行了断口分析以及低倍、高倍金相试验。通过对裂纹的产生、发展与早期破坏现象进行分析，找出了断裂的主要原因和存在的工艺问题。1ZG35CrMoRE曲轴的断裂情况材质为ZG35CrMoRE的空心曲轴是钻井泵上的一个主要传动部件，长1720mm。该空心曲轴有偏心曲拐，整体铸造后进行机械加工，最后装Figure1Theappearanceofhollowcrankshaftrupture配使用。在使用一年后发生早期断裂，其断裂部位在空心曲轴靠近大轮端的轴颈过渡处，见图12．1宏观断口分析左端。断裂空心曲轴的断口经清洗后用肉眼观察，发现裂纹起源于空心曲轴轴

5、承部位的轴颈过渡2试验分析处，其宏观形貌见图3。仔细观察断口截面由三首先，将断裂曲轴的断口进行清洗，对断口相部分组成，首先在断口的外圈，有一层厚度约2对两个断面进行宏观断口分析；然后在断口(轴BITI壳体，其断口形貌为棱线状(锯齿状)。从外颈过渡区)两头分别取纵向、横向低倍试片进行圈向内断口为较光滑而平坦区域，约占断口总面低倍分析；再从纵向低倍试片上分别取样进行高积的1／4。内圈断口其余3／4部分呈现凹凸不倍金相分析研究以及相应的化学成分分析和硬度平，为较粗糙的瞬断区。试验。其取样图见图2。2．2低倍试验将切取的纵向、横向两低倍试片酸洗后观察，收稿日期：2Ol0—02—22发现

6、横向低倍上有许多缩松小孔洞，有些小孔洞36《大型铸锻件》No．3HEAVYCASTINGANDFORGINGMfdv2010高倍化学1纵向试片(放大图)图2曲轴断头取样示意图正是沿轴向覆盖侧表面，在接近断口附近(即轴颈圆柱与过渡锥体之间)还存在二次补焊痕迹，见图5。2．3高倍金相分析从断裂源处(纵向低倍试片上)取的高倍试样沿纵向磨制，在未经腐蚀情况下观察，发现试样边缘即轴颈外圈，在靠近断口附近有大小不一的数条裂纹。见图6、图7。用4％的硝酸酒精溶液腐蚀后观察，发现试样边缘(即曲轴的外圈)有两层堆焊组织，因断裂变形外圆不平整，见图8。其金相组织分析：第一层堆焊组织为铁素体+索氏体

7、，第一层热影响区组织为铁素体+索氏体；第二层组织明显与第一层堆焊组织不同，认为是不同的焊材焊补的。第二层堆焊过渡区组织为贝氏体。而曲轴基体组织为珠光体+铁素体+魏氏组织。除第二层局部补焊层外其他部位的显微组织见图9～图l2。裂纹的头部起源于第一层堆焊区域，穿过堆焊层，向基体扩展；另外两条小裂纹也产生于堆焊层和堆焊过渡区中。Figure4Thelandscapeorientationmacroscopicstructure似连接成“小裂纹”，整个试片的基体基本一致，边缘即在外圈也未看到堆焊层，