减速箱高速轴齿断失效分析

失效分析方法

在断轴上截取全断面制成光谱样进行化学成分和硬度分析，根据图纸要求的标准性能判断所用材料的符合性。

对断裂轴全截面进行清洗，在低倍率下观察其宏观形貌，从宏观上找出断裂的撕裂纹走向，从而判断其断裂的最初起源点;对断裂源进行电镜、金相等分析，找出导致其断裂失效原因;对断裂全截面的硬度与显微组织进行分析，对失效分析的原因做出判断！

材料材质符合性判断

1、成分检测在断轴上截取全断面制成光谱样，随机取3个点分析，成分实测值与标准成分区间值范围对比完全吻合，见表1。

2、材料调质硬度

该齿轮轴图样要求材料调质后硬度255～286HBW。在断轴上取样检测，结果为262～276HBW10/3000，符合要求。

减速箱高速轴齿断失效分析

1、基体金相组织和硬度分析

韶钢炼铁厂1号高炉主卷扬机减速箱高速齿轮轴材质为调质40Cr，目标组织为回火索氏体。

（1）试样表面基体组织与夹杂物情况在试样靠近断面20mm处取全截面试样分析基体组织，选取试样边缘作为检测点，检测结果：金相组织(见图1、图2)为回火索氏体+网状铁素体(5.7%);夹杂物(见图3)评级为A2.5eD0.5级;硬度结果为276HBW10/3000。

图1 边缘组织(100×) 图2边缘组织(500×) 图3 边缘夹杂(100×)

（2）试样径向1/4处的组织与夹杂物情况在试样靠近断面20mm处取全截面试样分析基体组织，选取试样径向1/4处作为检测点，检测结果：金相组织(见图4、图5)为回火索氏体+网状铁素体(16.2%);夹杂物(见图6)评级为A3.0eD0.5级;硬度结果为262HBW10/3000。

图4 100× 图5 500× 图6 100×

（3）试样心部(径向1/2处)的组织与夹杂物情况

在试样靠近断面20mm处取全截面试样分析基体组织，选取试样心部(径向1/2处)处作为检测点，检测结果：金相组织(见如图7、图8)为回火索氏体+网状铁素体(18.7%);夹杂物(见图9)评级为A2.5eD0.5级;硬度结果为246HBW10/3000。

图7 100× 图8 500× 图9 100×

（4）基体组织与硬度分析

从不同部位基体组织检测结果说明：基体组织中存在铁素体且其含量呈规律性变化，反映了该轴调质处理中淬火工艺执行质量未达工艺要求;基体中夹杂物较严重，进一步降低了该轴的性能。

①铁素体含量从轴表层到心部呈规律性变化，从6%上升到19%;而硬度从轴表层到心部也呈规律性变化，从276HBW10/3000下降到246HBW10/3000。

②试样横截面组织及其均匀性较差。试样组织为回火索氏体+铁素体，铁素体基本呈网状，这样的组织脆性大，裂纹容易沿晶界扩散。

③夹杂物较严重，在轴横截面的1/4处达到了最严重的3级。夹杂物在交变应力作用下，易诱发裂纹产生而导致轴失效。

2、查找裂纹源

（1）断裂断口宏观分析，找出断裂裂纹源

分析轴断口形貌，从其横截面撕裂方向(见图10)初步判断该轴断口的裂纹源为试样边缘结点处(近表面)，该结点为长条椭圆形，裂纹向外扩展，见图11。观察可见，此结点颜色与底部基底颜色不一致，结点颜色较亮白，基底颜色深，带黑红;结点中间有细小裂纹。

（2）电镜形貌分析，找出裂纹源

裂纹源的结点进行电镜扫描，发现该结点与基体呈镶嵌形态，且与基体间有裂纹，进一步断定该结点为镶入物，就是裂纹源。对该结点做细致观察，确认凹坑处为裂纹源，微观形貌为河流状花纹，判断该轴为脆性断裂。

3、确认裂纹源

裂纹源处的组织试样磨制完成后经腐蚀发现：

①结点与其周围(基体)组织颜色不一致。

②结点周围(基体)组织为回火索氏体+网状铁素体，与基体组织一致;而结点处的组织为单纯索氏体组织。

③基体与结点之间有裂纹，裂纹位于轴表面结点底部。

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