(2.83)--材控1601材料失效分析案例.ppt

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1、驱动轴断裂失效分析2失效分析程序01020304背景调查背景调查断口形貌观察断口形貌观察结论与建议结论与建议理化分析理化分析3背景调查某农用机械驱动轴在安装过程中发生断裂,该驱动轴材料为40Cr钢,经锻造成形,调质处理,然后再经精加工制成。驱动轴断裂位置位于轴与轮盘的连接处,如右图中箭头所示。该驱动轴原材料经检查金相组织正常。4由宏观形貌可见,断裂位置位于轴与轮盘相连接位置,该位置为驱动轴设计结构中的应力集中区域。断口表面无明显塑性变形,无金属光泽。断口边缘区可见向断裂面内部延伸的棱线,表明该驱动轴由外边缘开始向内部断裂,为瞬间断裂,如右图所示。断口宏观形貌断口宏观形貌5整个断口进行切割取样及

2、清洗后,放入扫描电镜(SEM)进行仔细检查。发现断口绝大部分区域的微观形貌为石粒状上覆盖着一层氧化膜,为沿晶脆性断裂。断口表面可见粗大晶粒及晶间裂纹。晶粒边缘有熔融痕迹,一些晶界上有小的卵形枝晶,属于过烧下的断口微观形貌,如右图所示。断口微观形貌断口微观形貌6断口的边缘侧面区域,多处可见韧窝状的塑性变形区域,如右图所示此类区域为该轴断裂时,在轴与轮盘大部分的连接部位已断开后,仍然与轮盘连接着的位置由于不能承受原来的载荷而引起的断裂断口微观形貌断口微观形貌7化学成分化学成分从断裂驱动轴取下一段,制成符合成分分析的标准样品,用X射线荧光光谱仪和高频红外碳硫分析仪进行成分分析,结果见下表。分析表明,

3、该轴的化学成分C、Si、Mn、P、S、Cr元素均符合标准JB/T6396-2006大型合金钢锻件技术条件对40Cr钢的要求。8为了检查该断裂驱动轴的夹杂物和金相组织,从驱动轴的断口边缘及心部截取了材料的横向和纵向金相试样。将试样按照金相样品制备程序,经逐级砂纸抛光后在光学显微镜下检查了断裂驱动轴的夹杂物分布。从图1可以看出,断裂驱动轴材料内夹杂物不太严重,为D类(球状氧化物类)夹杂物,评级为细系1.5级金相检验金相检验图1 断裂驱动轴纵向试样的夹杂物代表性视场9金相检验金相检验将断裂驱动轴金相试样抛光后用3%的硝酸酒精溶液浸蚀,然后进行金相组织分析。发现断面边缘有微裂纹和孔洞,在较高温度下,S

4、、P等低熔点物质首先在晶界发生偏聚,降低晶界熔点,晶界发生氧化和熔化,形成沿晶过烧裂纹。断面边缘金相组织为回火索氏体+铁素体,按GB/T13320-2007钢制模锻件金相组织评级图及评级方法中的评级图3进行评定,评级为2级,如图2(a)所示;断面心部金相组织为回火索氏体+屈氏体+条状及块状铁素体,按GB/T13320-2007钢制模锻件金相组织评级图及评级方法中的评级图3进行评定,评为5级,如图2(b)所示。图2 断裂驱动轴的金相组织10结果分析结果分析通过以上检验结果可知,断裂驱动轴的化学成分符合技术要求。驱动轴断口的晶界有熔融现象,在轴断面边缘有沿晶分布的微裂纹和孔洞,表明该驱动轴的某一环

5、节中加热温度过高或保温时间过长,使其产生了过烧现象。钢被加热到接近固相线或固-液两相温度范围内的某一温度后,在十分粗大的奥氏体晶界上发生磷、硫等元素偏析,在晶界处形成低熔点物质,三角晶界处首先发生氧化和熔化,从而在晶界上形成了富硫、磷液相,在随后的冷却过程中,晶界处的液膜在冷却过程中发生结晶而形成卵形小枝晶,同时液膜收缩后在晶界上留下空洞和一些微裂纹。导致晶界严重弱化,受外力作用时沿晶界开裂。总之,由于晶界熔化使驱动轴的承载能力及强度大为下降,当该驱动轴安装时受到螺纹处轴向预紧力的作用后,促使沿原奥氏体晶界发生脆性断裂。11结论与建议结论与建议 该驱动轴发生了脆性断裂,根本原因是锻造温度过高导致过烧,使材料的承载能力及强度下降。（1）该驱动轴发生了脆性断裂,根本原因是锻造温度过高导致过烧,使材料的承载能力及强度下降。（2）建议该类轴件加强锻造温度和保温时间的控制,防止过烧产生,保证产品质量。