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1、对经锻造、退火和淬火回火的钢制花键轴在直经40的花键处扭转疲劳断裂件进行分析：花键轴由SCr4（40Cr）钢制成，表面硬度很低，仅为2326HRC。为防止这种断裂，曾改用SCM4（42 CrMo）钢，把轴的表面硬度提高到3235HRC，但花键轴依然发生扭转疲劳断裂。断口观察发现：以上两种情况的断裂，裂纹都从表面向心部延伸，是典型的扭转疲劳断裂。作为防止扭转疲劳断裂的有效措施是：在不改变轴的尺寸和形状的条件下调整轴的表面硬度。行走试验结果表明：表面硬度在40HRC以上便不发生断裂，而表面硬度在40HRC以下则发生断裂。即便使用含镍的SNCM8（40 CrNiMoA）钢制造，若表面硬度低于40HR
2、C，同样也会发生断裂。而当使用SCr4钢时，只要表面硬度达到40HRC就少有断裂。由此可见，硬度的影响重于钢种的影响。当然，硬度高于40HRC时，对花键的热后加工造成困难是不可避免的。花键轴经淬火回火后，还应考虑所用钢的淬透性带宽度，硬度达到40HRC的合格率问题。根据花键轴淬火油槽的冷却强度求出的与直经40 mm圆棒的表面和中心相当的乔明尼距离，分别为12.7 mm和19 mm。当然，这两个数值将因淬火装置的冷却强度不同而不同。现根据SCr4H钢的淬透性带来考虑，表面和中心的淬火硬度分别为3854HRC和 3147HRC。这里不用中心硬度。实验确定，对0.4%的钢来说，为了在淬火回火后能获得
3、良好的机械性能，其最低淬火硬度为50HRC。实际上，美国公司过去也有把花键轴的表面最低淬火硬度规定为48HRC的，这一最低淬火硬度与SCr4H钢的表面硬度3854HRC相比，可以认为硬度在48HRC以上的花键轴约占总数的50%。因为只有表面硬度达到48HRC以上的轴经400以上温度的回火才能保证表面硬度在40HRC以上，所以热处理合格率仅为50%左右。当然，可以考虑以降低回火温度来保证硬度，但对于1%Cr左右的SCr4H钢或SCM4H钢而言，在400以下回火是不充分的。如能证明经400以下回火的花键轴，其硬度能保在40HRC以上，且实际行走试验时不发生断裂，那么降低回火温度也未偿不可。结论：对于直经40 mm圆棒来说，由于SCr4H钢的淬透性不足，故重点研究了淬透性比SCr4H钢更好的SCM4H钢。当采用SCM4H钢时，圆棒表面和中心的淬火硬度分别为4657HRC和3955HRC，表面硬度大部分在48HRC以上，因此决定用SCM4H钢来制造花键轴，且设计要求应把淬火回火后的硬度规定为40HRC以上。
