曹春玉 呂峰 趙浙宏

（國家農作物收割機械設備產品質量監督檢驗中心）

　　摘　要：用布氏硬度法、金相法等測試方法分析了過橋主傳動軸斷裂的原因.結果表明，斷軸的主要原因是:調質工藝中，由于軸的橫截面沒有被完全淬透，軸心部金相組織為非正常調質組織，導致軸的整體力學性能滿足不了工作要求，在收獲過程中，過橋軸承受較大扭轉負荷，易斷裂。

　　關鍵詞：失效分析；40Cr鋼；金相檢驗
　　0　引言
　　某企業新近生產的玉米收獲機在銷售后收獲作業時過橋主傳動軸屢次出現斷裂現象，因此該企業委托我單位對其斷裂原因進行失效分析。玉米收獲機在進行收獲作業過程中，過橋主傳動軸主要擔負著傳遞扭矩為割臺工作傳遞動力的工作。如果該零件斷裂失效，收獲機就無法進行工作，直接影響收獲作業。因此，作者對其進行失效分析，以期提出切實可行的解決辦法。

　　1　軸的技術要求
　　該軸為委托外協加工企業加工，技術文件為設計圖紙，主要要求為材質40Cr，熱處理工藝調質，調質硬度221～269HBW，設計直徑40mm，金相組織設計圖紙未提要求。

　　2　試驗方法
　　觀察軸的外觀、斷口形貌，對金相組織、成分、硬度進行測試分析，在此基礎上對軸的失效原因進行分析。
　　從表3與表4看出，樣品A與樣品B心部硬度達到設計要求，但數據接近設計要求下限值。

　　2.1斷口初步分析

　　樣品如圖所示，兩件軸為同一批次、同一規格產品，加工工藝與熱處理工藝完全相同。為了方便表述和區分，斷軸編為樣品A（見圖1、圖2），未使用軸編為樣品B（見圖3）。從圖3中可以看出，樣品B加工有鍵槽，經檢測，精度符合設計要求，且沒有車痕損傷等應力集中點。從圖1中可以看出，樣品A斷口形貌是發亮的結晶狀，與正應力方向垂直，且沒有明顯的塑性變形，應屬于脆性斷裂。這些結晶狀裂紋匯集于圖中所圈處，因此，裂紋源應為圖中所圈處。

　　2.2樣品成分分析
　　兩件軸都是同一批材料加工而成，經直讀光譜儀檢測分析，樣品的主要化學成分見表1。從表1可以看出軸符合GB/T3077-1999中40Cr鋼的化學成分要求，見表2。

　　2.3樣品布氏硬度測試
　　對樣品A和樣品B心部分別進行布氏硬度測試，樣品A布氏硬度試樣塊距離斷口2cm處切取，切取時注意冷卻，防止過熱，組織和硬度發生變化。測試結果見表3及表4。
　　2.4金相組織分析
　　切取布氏硬度試樣塊時剩余的斷軸部分，清洗并將此試樣沿直徑切成四部分，取其一部分，清洗斷口表面的油漬、污物；用砂輪將斷口稍微磨平（磨時注意用水冷卻以免試樣的組織因受熱而發生變化）；把磨平、洗凈、吹干后的試樣，手工依次在由粗到細的各號砂紙上磨制，再拋光（機拋光）；采用4％硝酸酒精溶液浸蝕后用電吹風吹干試樣表面，在500倍金相顯微鏡下對其進行橫截面金相觀體、條狀及塊狀鐵素體，導致其硬度值僅接近設計值下線，原因在于調質過程中，軸沒有被完全淬透。該軸采用的40Cr鋼的臨界淬透直徑為30～40mm，而該軸設計直徑僅為40mm，理論上，該軸應該被整體淬透，心部應為回火索氏體，不應出現屈氏體、條狀及塊狀鐵素體，可能原因是因為實際淬火溫度過高，使鋼的晶粒長大，淬火后心部得到粗大的馬氏體，而隨后的回火溫度又過低，以至馬氏體未充分分解，部分轉變為托氏體，仍保持較大的脆性，在使用中極易造成脆性斷裂。因此，認為外協加工企業在淬火時出現了問題。該企業外協加工的過橋軸，木是安裝在谷物收獲機械上的零件，沒有出現斷裂現象，在將該軸安裝在玉米收獲機械上后，開始出現斷軸現象，原因在于，過橋軸為玉米收獲機械割臺傳遞力矩時，承受更大的負荷，由于軸熱處理時出現問題，軸整體力學性能下降，在承受較高的扭轉負荷時，發生斷裂。

　　由于過橋軸橫截面沒有被完全淬透，且淬火、回火工藝存在問題，軸心部金相組織為非正常調質組織，導致軸整體力學性能滿足不了工作要求，在收獲過程中，過橋軸承受較大扭轉負荷，易斷裂。建議加強質量管理與控制，修改設計圖紙，增加金相組織要求，具體為表面與心部組織皆為回火索氏體，級別為1～4級，提高硬度范圍，具體為240～280HBW，同時及時與外協加工企業溝通，解決熱處理工藝中存在的問題。

（來源：農機使用與維修）