Page 78 - 理化检验-物理分册2022年第九期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202209017

20CrNiMo 钢销轴断裂原因

马 赟 ,唐 倩 2
1

( 1. 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,常州 213011 ; 2. 中车戚墅堰机车有限公司,常州 213011 )

摘 要: 20CrNiMo钢销轴在服役过程中轴身部位发生断裂。采用化学成分分析、 断口分析、 金
相检验和硬度测试等方法对销轴断裂原因进行了分析。结果表明: 该销轴断裂为应力集中条件下
的多源疲劳断裂, 销轴轴身外表面经激光打标后产生二次淬火组织、 二次回火组织和结晶裂纹, 在
安装和服役载荷的共同作用下, 销轴轴身断裂。

关键词: 销轴;激光打标;结晶裂纹;应力集中;疲劳断裂

中图分类号: TG115.2 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2022 ) 09-0062-04

Fracturereasonsof20CrNiMosteel p inshaft

1
MAYun , TANGQ ian 2

( 1.CRRCQishu y anInstituteCo. , Ltd. , Chan g zhou213011 , China ;

2.CRRCQishu y anCo. , Ltd. , Chan g zhou213011 , China )

Abstract : Thefractureoccurredattheshaftbod yof20CrNiMosteelp inshaftinservice.Thefracture

reasonswereanal y zedb y chemicalcom p ositionanal y sis , fractureanal y sis , metallo g ra p hicexaminationandhardness

test.Theresultsshowthatthefractureofthep inshaftwasamulti-sourcefati g uefractureundertheconditionof

stressconcentration , afterlasermarkin g , theoutersurfaceofthe p inshaft p roducedsecondar yq uenchin g structure ,

secondar y tem p erin gstructureandcr y stalcracks , underthecombinedactionofinstallationandserviceload , the p in

shaftbod yp ro p a g atedalon g thecr y stalcracktillfati g uefracture.

Ke y words : inshaft ; lasermarkin g ; cr y stalcrack ; stressconcentration ; fati g uefracture
p
在服役过程中, 某公司生产的销轴轴身部位发
生断裂。该销轴材料为 20CrNiMo钢, 生产工艺为: 1 理化检验
精车 → 渗碳淬火 → 磨削轴径表面( 轴身不再机加工) 1.1 宏观观察
→ 轴身激光打标批次号, 该销轴服役约 2 个月后发 图 1 为断裂销轴试样宏观形貌, 断裂位置为销
生断裂。热激光打标标识批次号码的原理是: 将具 轴非磨削加工轴身处, 该处轴身外表面存在激光打
有较高能量密度的激光束照射在被加工材料的表面 标批次号, 服役过程中无与之接触的配合件, 销轴断
上, 材料表面因吸收激光能量而温度上升, 并产生变 裂位置附近表面未见异常冲击与磨损痕迹, 未见明
态、 熔融、 烧蚀、 蒸发等现象, 从而使表面显示出所需 显塑性变形。图 2 为断裂销轴断口宏观形貌, 其 A ,
刻蚀的图案、 文字。热激光打标标识批次号码的优 B 断口均呈银灰色金属光泽, 与轴线约呈 45° , 整个
点是可在多种材料表面打上永久、 高质量的标记, 但 A 断口均可观察到明显的贝纹线特征, 贝纹线分布
这种高温熔融、 烧蚀的打标方式并不适用于高碳、 高 方向基本平行于轴身表面, A 断口断裂起始于该处
硬度的工件表面。 轴身外表面; B 断口呈结晶状, 具有脆性断裂特征; C
为查明该销轴断裂的原因, 笔者对该断裂销轴 断口垂直于轴线, 受挤压磨损而破坏, 断口有效信息
进行取样分析, 并提出了相应的改善措施。 缺失。因为销轴在服役过程中主要承受扭转载荷,
并基于断口的宏观形貌特征, 推测 A 断口最先发生
开裂。
收稿日期: 2021-11-29

作者简介: 马 赟( 1985- ), 男, 工程师, 主要从事材料的金相检
验及失效分析工作, ma y un. q s@crrc g c.cc
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