Page 57 - 理化检验-物理分册2024年第五期

陈 燕: 某型电机轴开裂原因

果出现断裂等严重影响结构强度、 尺寸的情况, 就必
2 综合分析
须更换新轴, 而对于一些磨损、 拉伤类损伤, 则主要以
由上述理化检验结果可知: 该电机轴基体的化 修复为主。目前常用的修复工艺为堆焊法和热喷涂
学成分符合标准要求, 低倍组织和力学性能均无异 法, 堆焊法是通过熔敷一定厚度的金属, 修复机械设
[ 1 ]
常。电机轴表面存在3条呈八字形分布的裂纹。沿 备工作表面磨损部分和金属表面残缺部分 , 该方法
裂纹人工打开的断口呈多源疲劳特征, 疲劳源位于 操作简单, 但堆焊后缓冷时间较长。堆焊修复时, 要
轴表面。对疲劳源区进行扫描电镜分析, 可见所有 根据堆焊工件使用状况, 选用适宜的焊接材料, 并制
疲劳源微观形貌相似, 从表面至基体, 疲劳源分别呈 定正确的堆焊工艺, 防止焊接变形和开裂。堆焊过程
准解理、 沿晶、 准解理特征形貌。电机轴表面存在一 中, 应对焊前预热、 焊后缓冷及道间温度进行控制, 以

层厚度为 1.70mm 的堆焊层, 堆焊层材料为低碳 得到理想的堆焊效果。该电机轴堆焊选用的修复材
钢, 显 微 组 织 为 铁 素 体 + 珠 光 体, 平 均 硬 度 为 料为低碳钢, 其强度较低, 堆焊后组织为铁素体+珠

196HV ; 堆焊层相邻的过热区组织为自回火马氏 光体, 堆焊层的硬度、 强度低于基体, 电机轴的维修效

体, 平均硬度为 484HV ; 基体组织为回火索氏体, 果不理想。此外, 在堆焊修复时, 由于堆焊工艺不当,

平均硬度为283HV 。基体无过热、 过烧特征。 过热区形成了脆性自回火马氏体, 因该组织不稳定且
在1月份维修该电机轴过程中发现, 轴表面磨损 组织应力大, 在使用过程中使裂纹加速扩展。
尺寸超差, 对其进行堆焊修复。该电机轴堆焊后, 表
3 结论与建议
面形成铁素体+珠光体, 平均硬度为196HV , 低于基
体硬度。在堆焊层下的轴表面形成过热区, 过热区组 电机轴表面堆焊工艺不当, 导致堆焊层的硬度
织为自回火马氏体, 该组织硬度较高, 具有较大的组 和强度较低, 电机轴在运转过程中主要承受扭转载
织应力, 且不稳定脆性较大, 是因堆焊工艺控制不良 荷, 轴表面所受应力最大, 轴表面堆焊层形成微裂
形成的缺陷组织。在运转过程中, 电机轴主要承受扭 纹, 最终导致电机轴发生开裂。

转载荷, 轴表面受到的应力最大, 在交变应力作用下, 堆焊修复时应选用与基体强度相近的材料。堆
在轴表面的薄弱处形成微裂纹, 裂纹沿最大切应力面 焊修复时应严格控制道间温度, 并采取合理的焊后
扩展。该电机轴最薄弱的位置是表面堆焊层及临近 缓冷工艺, 改善熔合线附近组织, 降低硬度, 减弱脆
的次表面过热区, 而其受力最大位置也位于表面, 在 性, 还可以采用热喷涂工艺对电机轴进行修复。
受力过程中, 表面堆焊层形成微裂纹, 微裂纹快速扩 参考文献:
展并汇聚形成多疲劳源。该电机轴上可见3条裂纹,
裂纹在扭矩的作用下呈八字形扩展, 因自回火马氏体 [ 1 ] 封小亮, 刘课秀, 李露水, 等. 堆焊修复风机传动轴断
的脆性较大, 次表面的过热区呈沿晶断裂特征。 裂失效的原因[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2021 , 57
轴类零件的结构单一、 尺寸较大且不易损坏, 如 ( 11 ): 40-44.

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素主要作用为提高904L 不锈钢在非氧化性酸中的 素, 判断该缺陷为疏松。疏松缺陷为钢锭浇铸过程
耐腐蚀性, 有效防止点蚀, 对本次开裂无直接影响。 中形成, 经过锻造后未消除。综合上述分析结果可
由力学性能测试结果可知, 材料经热处理后力学性 知, 开裂荒管穿孔前近内表面存在疏松缺陷, 在穿孔
能符合技术要求。由宏观观察结果可知, 裂纹非笔 工艺的应力作用下, 发生沿疏松开裂。
直线型, 存在一定弯曲, 裂纹周围存在大小不一的孔
洞, 裂纹周围管壁存在凹凸起伏, 呈明显的塑性变形 3 结论
特征形貌, 说明穿孔工艺产生的应力导致材料产生 荒管开裂的原因为: 荒管穿孔前, 近内表面存在
裂纹。由金相检验结果可知, 未开裂区域材料组织 疏松缺陷, 在穿孔工艺的应力作用下, 沿疏松萌生裂
为奥氏体, 晶粒度为7级, 晶粒较为细小均匀, 说明 纹, 最终导致荒管开裂。
穿孔工艺温度正常。结合力学性能测试结果和以往
生产情况, 判断该荒管工艺流程无明显问题。由 参考文献:
SEM 和能谱分析结果可知: 裂纹打开后断口可见明 [ 1 ] 王小芳.904L 钢的特点及应用[ J ] . 化工装备技术,
显自由表面特征; 自由表面处含有较高含量的氧元 2000 , 21 ( 1 ): 45-48.
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