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履带用销轴断裂原因分析

2019-05-23

谷圣龙　夏志伟

　　摘　要：某履带用销轴在整车组装完成后即发生大面积断裂现象。采用化学成分检测、金相检验、硬度测试及断口的宏、微观形貌观察等方法对销轴断裂原因进行了分析。结果表明，销轴制造过程中热处理工艺选用不当，造成心部硬度偏低，表面淬硬层硬度偏高，从而降低了销轴的综合性能，Z终导致销轴工作过程中受剪切应力而断裂。

　　关键词：销轴；热处理工艺；断裂

　　履带销轴是工程机械履带的联接部件，它通过销套将前后两个轨链节联接起来，起到抗拉、抗剪切、耐磨的作用。刘建涛等人^[1]发现，非金属夹杂物破坏销轴整体性及连续性，降低钢的强度和韧性;原材料未经良好的轧制和均匀化退火，保留有树枝状结晶和偏析，降低了销轴的综合性能，均容易导致销轴在使用过程中断裂。杨当友等人^[2]发现，销轴的热处理工艺不合理，导致表层出现严重脱碳现象及屈氏体和心部铁素体组织缺陷，后续回火不充分，造成销轴早期疲劳断裂。因此热处理工艺的选择对销轴Z终的综合性能至关重要。

　　使用方提供以下情况：销轴设计材料为45Mn，表面中频淬火硬度为52-58HRC，心部硬度18-20HRC，淬火深度为2-4mm，直径要求24.06-24.09mm；而制造单位因为45Mn材料缺货，采用45Mn2代替生产，整车组装完成后即发生大面积断裂现象。使用方对销轴制作工序及热处理工艺不清楚。

　　1　试验材料与方法

　　断裂失效的销轴宏观形貌如图1所示。销轴断裂发生于装配的一端。断口较为齐平。采用OLYMPUS BX51M光学显微镜和HVS-10洛氏硬度计分别对销轴横截面进行金相组织和洛氏硬度检验。采用单反相机和HITACHIS-4800扫描电子显微镜对销轴断口进行宏观、微观分析。采用FOUNDRY-MASTER UV全谱直读光谱仪对销轴化学成分进行分析。采用数显游标卡尺对销轴直径进行检测。

　　2　试验结果

　　2.1化学成分分析

　　对销轴心部的化学成分进行检测，结果见表1所示。由表1可知，销轴化学成分符合45Mn2要求。

　　2.2断口分析

　　如2所示，由销轴断口宏观形貌可知，断口明显分为两种形貌，表现为外部圆环形貌和中部的圆形形貌。断裂起源于销轴边缘，位于图2中A位置，断口未见明显塑性变形。对断口在HITACHI S-4800扫描电子显微镜上观察发现，外部圆环形貌为沿晶断口，如图3所示;对中部的圆形形貌为解理断口，如图4所示。

　　2.3显微组织检验

　　对销轴的横截面进行显微组织检验。通过观察磨抛后的样品发现，表面淬硬层组织为马氏体组织，表面未发现外力导致的异常组织，如图5所示，心部组织为珠光体+铁素体，如图6所示。

　　2.4硬度、淬硬层深度检测

　　分别对销轴淬硬层和心部进行硬度测量，并对销轴淬硬层深度进行测量，结果如表2所示。由表2可知，销轴淬硬层硬度高于图纸要求，心部硬度低于图纸要求，淬硬层深度符合图纸要求。

　　2.5直径测量

　　对销轴直径进行测量，测量结果如表3所示。由表3可知，销轴直径符合图纸的要求。

　　3　分析与讨论

　　由理化检验结果可知，断裂销轴的化学成分符合变更后45Mn2的要求；断裂销轴心部显微组织为铁素体+珠光体，未见调质组织，淬硬层的显微组织未见异常；淬硬层硬度高于图纸设计要求，心部硬度低于图纸设计要求，淬硬层深度符合图纸要求；销轴直径符合图纸要求。

　　由断口分析可知，销轴断裂起源于销轴表面，销轴断口未见明显塑性变形，宏观呈现脆性断裂特征。销轴淬硬层区域断口呈沿晶断口，心部区域呈解理断口形貌。材料心部显微组织铁素体+珠光体，未见高温回火索氏体组织，且心部硬度未达到图纸要求，显著降低了销轴整体的承载能力;加工单位在变更材料的同时未及时调整表面中频淬火工艺，造成表面硬度偏高，降低了材料的韧性。销轴在工作过程中，承受的剪切应力超过销轴的承载能力，从而发生脆性断裂。

　　4　结论及建议

　　（1）销轴断裂是由于选用热处理工艺不当，未进行整体调质处理后再进行表面中频感应淬火，降低了销轴的承载能力；且材料变更后表面感应淬火工艺调整不当，降低了销轴的韧性，使用过程中发生脆性断裂。
　　（2）建议选用正确的热处理工艺进行制作，涉及到材料变更时及时调整热处理工艺，保证材料的心部及表面的综合力学性能，方可避免此类现象的发生。

　　参考文献

　　[1]刘建涛，李运刚，边勇俊，等.挖掘机履带主销轴断裂原因分析[J].科协论坛（下半月），2013（9）：15.

　　[2]杨当友，李张银，吴桂根，等.销轴断裂原因分析[J].理化检验（物理分册），2008（12）：721-723.

来源：《中国科技纵横》2019年6期