转轴裂纹失效分析

第43卷

第1期

金属制品

2017年2月Vol. 43

No. 1

Metal Products February 2017

doi ： 10. 3969/j. issn. 1003 - 4226. 2017. 01.014

转轴裂纹失效分析

张斌，胡小华，向业

(中国人民解放军驻三二〇厂军事代表室，江西南昌

330024)

摘要:转轴零件在磁粉探伤时发现存在裂纹，为查找裂纹产生原因，对转轴进行外观检查、断口微宏观观察、镀层厚 度检测、能谱检测、氢含量检测、硬度检测。裂纹断面呈金黄氧化色或黑金色，开裂处或附近区域基体表层与心部 组织均为回火马氏体，未见烧伤等异常组织，基体表层的氢质量分数略高于内壁，基体表面硬度和心部硬度相当， 裂纹断面含有较多氧元素。结果表明，裂纹断口为沿晶+准解理的混合断裂特征，裂纹性质为脆性开裂，裂纹产生 于电镀铬之后，主要与镀铬层非正常磨削和磨削后未及时去应力回火有关。关键词:转轴;磁粉探伤；回火马氏体;去应力回火;电镀

中图分类号

:TH13

文献标识码

:A

Failure analysis of cracks in rotating shaft

Zhang Bin, Hu Xiaohua, Xiang Ye

(Military Representative Office PLA in the 320 Factory, Nanchang 330024, China)

Abstract ：The cracks were found by magnetic powder inspection in the rotating shaft. According to the visual examination,

the macro and micro observation in the fracture, the thickness inspecting of coating, energy spectrum analysis, hardness testing and the measurement of hydrogen content, the cause of the cracks formation were determined. The crack section presents a golden oxidation colour or ocher colour, surface and lining microstructure of cracking or the area near the sub­strate are temperd martensite, no seen bums and other abnormal structure, hydrogen volume fraction of substrate surface is slightly higher than that of the lin in g , the substrate surface hardness is same of the core hardness, crack section contained more oxygen. The results show that the fracture of shaft appears the mixture of intergranular and quasi-cleavage profile, the cracks of the shaft is caused by the brittle cracking after chromium electroplating, which are related to the non-normal grinding of chromium coating and no timely distressing tempering.

Keywords ：rotating shaft ； magnetic powder inspection ； tempered martensite ； distressing tempering ； electroplating

某厂生产的转轴零件在进行磁粉探伤时发现存 在裂纹。转轴材料为30CrMnSiNi 2A

钢，工艺流程：

自由锻件—机械粗加工—热处理（淬火+回火）— 机械精加工—消除应力回火—电镀硬铬[1]、除氢

(190 〇C ±10 〇C ，24 h

)—镀层磨削—消除应力回火

—磁粉探伤。为查找裂纹产生原因，对转轴进行了 外观检查、磁粉探伤、断口观察、组织检测、硬度检测 等，确定了转轴裂纹的性质和原因[2]。

镀层完全去除后在去应力回火过程中表面发生氧化

所致。对转轴进行磁粉探伤，发现转轴存在2个区域 的裂纹缺陷，其中

B 区不带镀层区可见网状裂纹缺

陷，C

区的孔两侧100m m (周向长度）X 25m m (轴

1试验过程与结果

1.1 外观检查及磁粉探伤

裂纹转轴如图1所示，分为5个区域，从右到左 依次记为A 、B 、C 、D 、E 区。B 区宽度为10 m m ，整个 图1平尾轴外观

周向区域表面呈棕色，为不带镀层区，应为磨削时将

1

Appe ™

of

_ZQ ntal tail

shaft

• 56 •金属制

品

第43卷

向长度）可见周向裂纹缺陷，裂纹密集分布，呈现断

续、细小、曲折状，B 区、C 区裂纹如图2所示。

a) B

区裂纹

b) C

区裂纹

图2 转轴磁粉探伤裂纹图

Fig. 2 Crack diagram of rotating shaft magnetic powder inspection

1.2 裂纹断口观察 1.

2.1裂纹断口宏观观察

将

B 、

C 区域微裂纹随机人为打断，并对裂纹断

口进行宏观观察，裂纹断口形貌如图3所示。与人 为打断的银灰色断面完全不同，裂纹断面呈金黄氧

化色或黑金色，且B 、C 区裂纹深度分别约为250、 170 |x m 0

a) B

区裂纹断口

b) C 区裂纹断口

图3裂纹断口形貌

Fig. 3 Pattern of crack fracture

1.2.2裂纹断口微观观察

B 、

C 区裂纹断口微观形貌分别如图4、图5所

示，为沿晶+准解理混合断裂特征。人为打断断口

微观形貌如图6所示，为均匀细小的韧窝特征。

b )沿晶面上细小的撕裂棱形貌

图4 B 区裂纹断口形貌

Fig. 4 Pattern of B area crack fracture

1.3 截面形貌观察

垂直于平尾轴裂纹方向制取金相试样。

1.3.1镀铬层厚度测量

B 区表面基本不带镀层，

C 区镀层厚度为30 ixm ，检测结果如图7所示。

1.3.2裂纹路径及组织观察

试样经体积分数为4%的硝酸酒精侵蚀后，

进