Page 87 - 理化检验-物理分册2024年第七期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl230258

联轴器传动轴断裂原因

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刘 岩 ，袁晓冬 ，李志浩 ，吴凤烨 ，王世宁 ，张欣耀 1,2
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（1.洛阳船舶材料研究所，洛阳 471023；2.河南省船舶及海工装备结构材料技术与应用重点实验室，洛阳 471023）
摘 要：某型号联轴器传动轴在使用过程中发生断裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、力学
性能测试、扫描电镜分析、金相检验、热酸蚀试验等方法分析了该传动轴断裂的原因。结果表明：传
动轴内部存在白点缺陷，材料中存在较多的硫化物和呈沿晶特征的二次裂纹；氢原子在硫化物附近
聚集，形成氢陷阱，在组织和内应力的共同作用下，裂纹在氢陷阱部位萌生并扩展，形成氢致裂纹，
最终导致传动轴断裂。
关键词： 联轴器传动轴；白点；硫化物；氢陷阱；氢致裂纹
中图分类号：TB31；TG115.2 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2024)07-0075-04
The reasons for the fracture of the coupling transmission shaft

LIU Yan , YUAN Xiaodong , LI Zhihao , WU Fengye , WANG Shining , ZHANG Xinyao 1,2
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(1. Luoyang Ship Metal Research Institute, Luoyang 471023, China; 2. Henan Key Laboratory of Technology and
Application of Structural Materials for Ships and Marine Equipments, Luoyang 471023, China)
Abstract: The transmission shaft of a certain type of coupling broke during use. The causes of the fracture of
the transmission shaft were analyzed using methods such as macroscopic observation, chemical composition analysis,
mechanical performance testing, scanning electron microscopy analysis, metallographic examination, and thermal acid
corrosion test. The results show that there were flake defects inside the transmission shaft, and there were many sulfides
and secondary cracks with intergranular characteristics in the material. Hydrogen atoms aggregated near sulfides, forming
hydrogen traps. Under the combined action of tissue and internal stress, cracks initiated and expanded at the hydrogen
trap site, forming hydrogen induced cracks, ultimately led to the fracture of the transmission shaft.
Keywords: coupling transmission shaft; flake; sulfide; hydrogen trap; hydrogen induced cracking

联轴器是常见的机械部件，其用于联接不同运 端连接弹性体的法兰盘，另一端为安装传动平键和
动机构中的主动轴和从动轴，使轴系共同旋转，同时 法兰零件的小直径轴（带键槽），断裂位置为距离最
传递扭矩。联轴器的结构形式多样，并具有缓冲、减 大直径与法兰盘过渡的圆弧约10 mm处。笔者采用
震、提高轴系动态性能等功能，广泛应用于高转速小 一系列理化检验方法分析了该传动轴断裂的原因，
扭矩、低速重载等动力传递系统。联轴器按方向通
以避免该类问题再次发生。
常分为主动轴侧和从动轴侧联轴结构。一般而言，
联轴器由弹性体、刚性轴、转接体等组成。其中，弹 1 理化检验
性体多由橡胶或金属膜片制成；两端转接体选用法 1.1 宏观观察
兰、花键等机械结构；中间刚性轴则分为实心钢轴、 断裂传动轴的宏观形貌如图1所示。 由图1可知：
万向（节）轴、伸缩花键轴等结构。
断裂部位距离法兰与最大直径135 mm轴过渡R圆
某大型液压传动机构中联轴器的整体实心钢轴
角部位约10 mm，断口两侧未发现塑性变形；沿心部
发生断裂现象。该传动轴的材料为45钢，传动轴一
的中心定位孔至边缘80%的区域内较粗糙，边缘部
位断口平坦，法兰侧整个断口表面有黄褐色的锈蚀；
收稿日期：2023-09-18
轴一侧断口特征清晰、完整，表面无锈蚀，断口心部
作者简介：刘 岩（1988—），女，本科，工程师，主要从事金相检
验及失效分析工作，liuyan108.cool@163.com 可见椭圆状和长条状银色斑点。
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