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1、双螺杆花键轴断裂失效分析报告技术负责人：马小明华南理工大学二O五年五月目录双螺杆花键轴断裂失效分析报告11概况11.1基本情况11.2实验分析内容21.3 参考标准22断口宏观形貌分析32.1宏观形貌分析32.2试样制备63材料化学成分分析104力学性能检测124.1拉伸试验124.2冲击试验154.3硬度检验164.4扭转试验185断口的微观形貌分析215轴体断口样品的微观形貌分析215.2螺结表面断口微观形貌分析226金相组织分析246.1金相组织分析247结论及建议29双螺杆花键轴断裂失效分析报告1概况针对双螺杆花键轴断裂失效原因，华南理工大学机械与汽车工程学院过程装备故障 诊断与失效分
2、析研究室组织专业人员在现场勘查的基础上，对门机减速器输出轴的断裂 失效原因进行了系列实验与分析，形成如下实验分析报告，供参考。1.1基本情况失效构件样品为双螺杆花键轴，型号为TEX77aII,螺杆直径为82.5mm,去螺结后 轴体肓径为42.7mm,速度为120-1200RPM, L/D比为56,套筒数为16节，输入最大功 率为83OKW,齿轮箱输出比为1:1。据了解，损坏时速度为1135RPM,负载为60-70%o将完整的轴命名为1#轴，断裂的轴命名为2#轴。每根轴套有46个螺结。2#轴断裂 处为2-16螺结与2-17螺结之间。双螺杆花键轴断裂失效试样如图1所示。(a)完整轴(b)断轴图1实
3、验样品全貌1.2实验分析内容(1) 宏观形貌分析(2) 化学成分分析；(3) 力学性能测试：拉伸、冲击、硬度、扭转等试验；(4) 微观断口形貌分析；(5) 金相组织分析；(6) 结论与建议。1.3参考标准1) GB/T2975-1998钢及钢产品：力学性能试验取样位置及试样制备2) GB 229-2007金属材料室温拉伸试验方法3) GB/T229-2007金屈材料夏比摆锤冲击试验方法4) GB/T12778-2008金属夏比冲击断口测定方法5) GB/T 4340.1-2009金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法6) GB/T10128-2007金屈材料室温扭转试验方法7) GB13298
4、-1991金属显微组织检验方法2断口宏观形貌分析2.1宏观形貌分析轴体的断口形貌如图2所示图2 2#轴宏观断口形貌宏观的断口观察发现： 断口平整口断后无可见塑性变形，断口平面与主轴线垂直，具典型的脆性材料扭转断裂宏观特征。通过分析断面，在断面上找到多个源区，初步认为该轴断裂为多源脆性断裂。源 区在图中圈岀。除了轴体断裂外，在两条轴的螺结上均找到破损处，如图3、图4所示。华南理工人学图3 1#轴螺结表面破损形貌2-12-32233、2-342-35 2-36图4 2#轴螺结表面破损形貌2.2试样制备根据标准要求与实际情况，在轴体与螺结上取拉伸、扭转、冲击、金相（显微硬度）、 电镜、直读光谱、CS
5、分析试样，來进行相关试验。表1轴体切样数量规划样品类型数量硬度饼1个电镜2块拉伸8根扭转6根冲击6个金相6个CS钻丝1袋荧光光谱1个133_ 55“JO2Q15扭转*8神击*6光宵硬度饼14,510金相中击光谱而螺结方面，从216螺结切取了非标冲击样与金相样，从211螺结切取了荧光光谱 样。将图3、图4中所有原始断面（菲拆卸时破坏）制取电镜样。3材料化学成分分析将荧光光谱样与cs分析样进行化学成分分析，仪器为荧光光谱仪与高频红外碳硫分 析仪（南京麒麟，QL-HW2000B）,检测结果见表2,表3。表2轴体化学成分检验结果wt%元素CSiMnPsCrCuNi结果080.6111040.0210.
6、0141.0210.0760.100元素TiVWSnFeMo结果0.00503250.03439ppm95.2770.693表3螺结化学成分检验结果wt%元素cSiMnPSCrCuNi结果1.420.420.330.070.02134.77000.17元素VWMo结果2.945.654.90根据轴体的化学成分，可知轴体的原材料接近20MnCr5o 20MnCr5为渗碳钢，强度、 韧性均高，淬透性良好。热处理后所得到的性能优于20Cro淬火变形小，低温韧性良好， 切削加工性较好；但焊接性能低。一般在渗碳淬火或调质后使用。用于制造和重载大截 面的调质零件及小截面的渗碳零件，还可用于制造中等负载、冲
7、击较小的中小零件，代 替20CrNi使用，如齿轮、轴、主轴、变速装备的摩擦轮、蜗杆、调速器的套筒等。根据螺结的化学成分，可知轴体的原材料接近W6Mo6Cr4V2,于鹄钳系高速工具钢。该钢的性能如下:（1）硬度在600C左右的工作温度下，仍能保持较高的硬度。红硬性对热变形模具和高速切削 刀具用钢是非常重要的性能。(2) 耐磨性具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力。工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下, 仍能保持其形状和尺寸不变。(3) 强度和韧性具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的 应力，以保证工具的正常使用。(4) 其他性能具有一定的高温力学性能、热疲劳性
8、、导热性和耐磨腐蚀性能等。4力学性能检测根据GB/T2975-1998钢及钢产屁力学性能试验取样位置及试样制备，在轴体与 螺结上制备拉伸、扭转、冲击、硬度等力学性能试样，并分别按照标准试验方法进行相 应的测试。4.1拉伸试验依据GB228-2002金属材料室温拉仲试验方法进行拉仲试验。试验使用仪器为微 机控制电子万能试验机(WAW-500C)。拉伸试验共规划测试4个试样，编号分别为1#、 2#、3#、4#,试验条件：室内温度26C,相对湿度42%,拉伸试样及试验曲线见图5 5, 拉仲试验结果见表4o力位移95.47390.4.385. 47380.4.375. 4.370.4i360.2335
9、. 4i330. 4i325. 4i320.47365 4i315. 4i310.4i3-5. 4i3-j0. 4i3-0.72427244.72467248.72410.72412.72414.72416.724mm(a) 试样1力位移62.464kN37.464力位移I 89 32kN.12 00mm I6.93210 9824.98214.9821698297. 46492.46487.46482.46477. 46472. 46467. 464 57. 46452.46447. 46442. 46432.46427.46422.46417.464 十12.464 -7.464 士2.4
10、640 8092.8094.8096.8098.80910.8091280914.80916809mm(b) 试样298.253 -93.253-88.253-83.25378.25373.25368.25363.25358.25353.253 皿 48.2S343.25338.25333.25328.25323.25318.25313.2538.2533.253(c) 试样398.03力咆移58.0353.0343.0338.038.03|89 12kN12 00mm |93.0388.0383.0378.0373.0368.0363.0333.0328.0323.0318. 0313.03
11、0.8142.8144.8146.8148.81410.81412.81414.81416.814mm(d) 试样4（e）试验前试样（f）试验后试样图5拉伸曲线（拉伸载荷-伸长量）表4拉伸试验结果试样编号1234平均值原始面积So/mm266.7167.3766.1266.2166.60实测标距/mm6565656565强度指标屈服力Fc/KN81.2381.2381.5982.6581.68屈服强度Re/MPa1217.741205.821233.911248.271226.43最大拉应力Fm/KN86.7988.6089.3289.1288.46抗拉强度Rm/MPa1301.091315.221350.811345.991328.28八示断后标距Lu/mm72.0271.8371.8571.8571.95断后截面积Su/mm236.9836.9540.2137.8738.00断后收缩率Z/%4545394343断后伸长率A/%11111111114.2冲击试验依据GB/T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法的要求，沿实心轴轴向方向 制取试样并采用V型缺口，轴体制取的冲击样尺寸为10x10x55mm,螺结制取的冲击样 尺寸为10x5x55mm；试样缺口的检验利用冲击试样缺口投影仪（CST-50）进行；冲击试 验使
