JSZ型雙力線中心驅動減速機低速軸斷裂原因分析及處理

摘 要：針對JSZ型雙力線中心驅動減速機低速軸熱處理期間斷裂，采用化學成分分析、金相分析等手段對其斷裂原因進行了分析。結果表明：低速軸斷裂的主要原因是由鍛造缺陷引起的。通過調整低速軸鍛造工藝，增加無損探傷檢測可避免低速軸的熱處理期間斷裂。

關鍵詞：低速軸；斷裂；鍛造工藝；熱處理工藝

1 低速軸生產工藝流程及失效概述

JSZ型雙力線中心驅動減速機低速軸工藝流程為：坯料-加熱-鍛造-預備熱處理-外觀、尺寸檢查-粗加工-最終熱處理-精加工-檢驗入庫。

低速軸毛坯（尺寸：？準220mm×760mm）由外協單位提供，再由我公司粗加工后委托熱處理廠進行調質處理，調質后斷成三段。為了查找斷裂原因，有效提高零件的質量控制，我公司立即組織對斷裂的低速軸進行了技術質量追蹤分析。

2 光譜化學成份分析

3 金相觀察

3.1 對軸端部取樣觀察

圖1 圖2

3.2 對中心部位取樣微觀觀察

4 分析與結論

4.1 從光譜分析結果看，按GB/T699-1999《優質碳素結構鋼》對比，該材料化學成份不合格，超差項為Cr，標準要求≤0.25%，實測值為0.50%。

由于Cr能使鐵基固溶體的電極電位提高，鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化。金屬材料中存在適量Cr元素可以提高鋼的硬度、強度、耐蝕性、耐磨性、淬透性，易獲得較高的表面光潔度，提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，使A3和A1溫度升高， GS線向左上方移動，鉻為中強碳化物形成元素。若含量過高，則會降低零件的塑性和韌性。

4.2 從中心孔處取樣的宏觀觀察看，材料內部存在嚴重的縮孔，中心孔處的裂紋從金相觀察其邊緣有明顯脫碳（見圖2）現象。

熱處理過程中表面的碳獲得一定能量后脫離表層進入爐膛氣氛中，使表面碳含量下降的現象稱為脫碳。在高溫下（一般指700℃以上），鋼中C原子比Fe原子更容易氧化，同時脫碳需要C原子在鋼中的擴散，低溫下C擴散非常慢，所以脫碳一般發生在高溫狀態，低溫下加熱一般不存在明顯脫碳。

根據中心孔處取樣，發現晶粒邊緣有明顯脫碳現象說明：

①該裂紋不是由于斷裂后撕裂產生的。②鍛件本身存在質量問題，此處的裂紋是熱處理前產生的。從圖2可以看出，裂紋是從中心孔處在調質工序的淬火工藝中，鍛件表面及裂紋處的碳元素與爐中的氧氣發生了反應，從而產生了脫碳現象。

4.3 從對斷裂處心部的取樣金相觀察看，裂紋邊緣無明顯脫碳（見圖3）

說明低速軸的斷裂是在淬火冷卻過程中發生。鋼件在淬火時，冷卻過程中同時產生了熱應力和組織應力。溫度降低時，內部產生了熱應力，同時奧氏體向馬氏體轉變，內部又產生了組織應力。組織應力是鋼件表面的拉應力，鋼件在拉應力的情況下，表面有開裂的危險。根據淬火裂紋的斷口形式和外觀狀態分析，淬火裂紋是在內應力作用下產生的脆性斷裂。

4.4 從對心部取樣的區域金相觀察發現，該材料內部存在大量的密集性缺陷，缺陷的主要形式是縮孔（見圖4）及非金屬夾雜性裂紋（圖5）。由于心部的共晶碳化物級別相對較高，而且這類鋼具有塑性低、變形抗力大、導熱性較差等特點，在鍛造加熱及操作中稍有不慎，即有可能在其較薄弱的區域產生裂紋。如果鍛造加熱溫度過高，保溫時間過長，就會引起過熱、過燒造成晶粒的長大和晶界的弱化，很容易導致開裂，因為較大尺寸的晶粒會有利于鍛造裂紋沿晶界擴展。但鍛造溫度過低，又會由于鋼坯的強度較高、塑性不足、變形抗力過大而導致開裂。

5 解決措施

5.1 加強坯料入廠控制

首先在外協廠家選取的同時，一定要選擇技術能力、檢驗能力強的單位合作。其次在坯料入廠時，必須要求供貨單位提供材質分析報告和產品檢測報告，沒有這些報告的就拒絕收貨。

5.2 工藝優化，即將工藝流程調整為：坯料—加熱—鍛造—無損探傷檢測—外觀、尺寸檢查—粗加工—最終熱處理—無損探傷檢測—精加工—檢驗入庫。

從工藝流程可以看出，增加了兩道無損探傷工序，分別是鍛造完成后和最終熱處理完成后，因為這兩個工序的前工序是最容易出現零件缺陷。第一次探傷篩選可以杜絕由于鍛造后產生裂紋繼續流入后續工序，造成不必要的加工損失。第二次探傷篩選可以避免最終熱處理后有裂紋、嚴重縮孔等質量隱患的產品流入市場。

5.3 避免鍛造裂紋

在坯料材質合格，工藝流程合理的前提下，需嚴格控制熱處理細節。避免鍛造過程中，火次較多表面氧化脫碳層較深，切削加工量不夠，在熱處理過程中，表面張力作用，脫碳層產生微裂紋。同時在冷卻過程中應進行預冷，可以預冷到880℃多，估計時間2-4min，再淬火，停淬火溫度要≥300℃，絕不允許冷透。

5.4 避免機械加工產生裂紋

鍛件在粗加工前，應回火去應力加低溫時效處理，即將工件加熱到100～150℃，保溫15h再出爐。從而保證零件在機械加工時不會因為存在內應力而出現裂紋。

參考文獻

[1]劉曉東.熱處理變形淺析[J].機械工人，2007.

[2]吳春信，項傳寶，劉效春.熱鍛件熱處理方法的選擇[J].煤礦機械，2004.