Page 58 - 理化检验-物理分册2023年第八期
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汪瑞俊: 万向轴十字销断裂原因
对金相试样进行硬度测试, 结果如图 9 所示。
由图9可知: 试样由浅入深的硬度呈先增大后减小
的趋势, 在距表面 0.55mm 处达到最大值, 为 729
HV , 然后硬度逐渐降低并趋于稳定。硬度的变化
与表层显微组织的变化相对应, 表层出现的不良淬
火马氏体组织可能是由回火不充分导致的 [ 2 ] 。
图12 十字销瞬断区SEM 形貌
源疲劳断裂。十字销在使用过程中主要受弯曲交变
应力的作用。在交变应力的作用下, 倒角部位承受
的载荷最大 [ 3 ] , 材料在硫化物与基体间的界面处开
裂, 形成微裂纹源。十字销表层渗碳层中淬火马氏
体组织具有较大的强度和硬度、 较大的组织内应力
及缺口敏感性等特点, 不良组织可能是由淬火后回
图9 十字销显微硬度随深度的变化曲线 火不充分引起的。因此, 十字销断裂的主要原因是
1.5 扫描电镜( SEM ) 分析 其内部存在较多大尺寸的 MnS夹杂和表层存在不
十字销断口裂纹源区的SEM 形貌如图10所示。 良的淬火马氏体组织。倒角部位产生的少量应变会
由图10可知: 在裂纹源区, 有较多高低不平的疲劳条 使倒角附近的大尺寸 MnS夹杂与钢基体界面间形
带小平面或小坑, 小平面较光滑。随着疲劳裂纹的扩 成孔洞, 在应力作用下, 表层硬脆的淬火马氏体组织
展, 条带间距变小, 条带及小坑高低不平程度加剧( 见 加快了微裂纹源的形成 [ 4 ] 。在裂纹扩展阶段, 疲劳
图11 )。图12为十字销瞬断区 SEM 形貌, 断口呈准 条带的间距较小, 条带高低不平, 这表明裂纹扩展速
解理断口形貌特征, 十字销快速整体断裂。 率较慢; 当裂纹扩展到一定尺寸时, 材料承载面积缩
小且难以承受应力, 导致裂纹快速扩展, 最终造成十
字销整体断裂。
3 结论及建议
十字销的断裂形式为多源疲劳断裂, 其表层存
在的淬火马氏体组织和材料中较多的大尺寸、 长条
状 MnS夹杂为微裂纹源的形成创造了条件, 在材料
组织薄弱处形成裂纹。建议提高钢水的洁净度及改
图10 十字销裂纹源区SEM 形貌 进热处理工艺, 以减少钢中大尺寸夹杂物, 避免出现
不良显微组织。
参考文献:
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由断裂十字销的宏观形貌可知, 十字销发生多 62.
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