對斷裂后的攪拌軸斷口進(jìn)行宏觀形貌分析,采 用線切割,在鍵槽角,橫縱截面處對斷裂軸進(jìn)行取樣,利用XJZ-1A型金相顯微鏡及LV5610型掃描電鏡(SEM)進(jìn)行金相組織及斷口形貌分析,金相試樣采用
攪拌軸是攪拌設(shè)備中*重要的傳動部件，其損壞將造成整個攪拌裝置的失效。某工廠直徑185mm的攪拌軸，兩側(cè)開有鍵槽，寬度50mm，深度7mm。在使用過程中發(fā)生斷裂，為分析其斷裂原因，對斷裂后的攪拌軸進(jìn)行了失效分析。
1試樣制備和實驗方法
對斷裂后的攪拌軸斷口進(jìn)行宏觀形貌分析，采 用線切割，在鍵槽角、橫縱截面處對斷裂軸進(jìn)行取樣，利用XJZ-1A型金相顯微鏡及LV5610型掃描電鏡(SEM)進(jìn)行金相組織及斷口形貌分析，金相試樣采用4%硝酸酒精浸蝕。采用HXD-1000顯微硬度計和液壓式萬能拉伸試驗機進(jìn)行力學(xué)性能測試，分析軸斷裂的原因。
2實驗結(jié)果與分析
2.1宏觀形貌分析 攪拌軸斷口表面基本與軸線成45°交角，其宏 觀形貌如圖1，可看出，斷口可分為平整區(qū)和粗糙區(qū)，粗糙區(qū)面積不足整個斷口面積的10%，表明斷口屬于脆性斷口。斷口粗糙區(qū)為*終斷裂區(qū)，位于 斷口邊緣，斷口表面可見斷裂放射線，并指向*終斷裂區(qū)，表明裂紋源位于攪拌軸圓周外緣鍵槽部位，具有多源性，斷口表面與*大扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力方向基本垂直，屬于扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力所導(dǎo)致的疲勞斷裂。
2.2化學(xué)成分分析 在離攪拌軸表面2cm處線切割取樣，磨光后經(jīng) EDS能譜分析其成分，結(jié)果見表1。根據(jù)GB/T18254-2002，初步判斷該攪拌軸的材料為37CrNi3鋼。
2.3金相檢驗 圖2為攪拌軸的金相組織，可知其組織為回火索氏體+少量條塊狀鐵素體，索氏體組織粗大，碳化物呈顆粒狀集中分布于鐵素體條之間，可看見原馬氏體位向，從馬氏體形狀可以看出，原馬氏體既有板條狀馬氏體也有針狀馬氏體(即混合型馬氏體)。攪拌軸材料為37CrNi3鋼，一般要求進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)GB/T13298-91進(jìn)行檢驗，從原馬氏體的形狀、大小和分布可以看出該攪拌軸在淬火時得到的馬氏體組織比較粗大，等級為6～7級，是由于淬火溫度過高造成的。粗大的馬氏體會嚴(yán)重降低攪拌軸的強韌性。
2.4力學(xué)性能分析攪拌軸橫截面、縱截面的顯微硬度分別為413、452HV，符合回火索氏體硬度范圍。攪拌軸的拉伸試驗和沖擊試驗等力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表2，可看出，攪拌軸材料的抗拉強度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但是強度值非常接近標(biāo)準(zhǔn)下限；塑性指標(biāo)和沖擊韌性指標(biāo)基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.5SEM微觀斷口形貌分析 從圖3攪拌軸微觀斷口形貌可看出，斷口表面布滿了圓坑狀疲勞裂紋擴(kuò)展痕跡，部分圓坑狀疲勞裂紋擴(kuò)展痕跡合并形成疲勞輝紋，表明該攪拌軸疲勞裂紋的發(fā)展具有一定程度的間斷性。因此該攪拌軸的斷裂屬于攪拌軸自身疲勞強度不足導(dǎo)致的純粹機械扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力作用下的疲勞斷裂。
3結(jié)論與建議
該攪拌軸的斷裂屬于扭轉(zhuǎn)機械交變應(yīng)力作用下的疲勞斷裂，淬火馬氏體粗大導(dǎo)致的疲勞強度不足是造成攪拌軸發(fā)生疲勞斷裂的主要原因。建議細(xì)化晶粒以及合理選擇淬火溫度以避免粗大馬氏體的形成，從而提高攪拌軸的疲勞強度以避免疲勞斷裂的發(fā)生。也可以考慮適當(dāng)降低攪拌軸的攪拌功率以降低扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
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