對斷裂后的攪拌軸斷口進行宏觀形貌分析,采 用線切割,在鍵槽角,橫縱截面處對斷裂軸進行取樣,利用XJZ-1A型金相顯微鏡及LV5610型掃描電鏡(SEM)進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行取樣，利用XJZ-1A型金相顯微鏡及LV5610型掃描電鏡(SEM)進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行力學性能測試，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)力所導致的疲勞斷裂。
2.2化學成分分析 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，一般要求進行調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)GB/T13298-91進行檢驗，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。粗大的馬氏體會嚴重降低攪拌軸的強韌性。
2.4力學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準，但是強度值非常接近標準下限；塑性指標和沖擊韌性指標基本符合標準要求。
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展痕跡，部分圓坑狀疲勞裂紋擴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。也可以考慮適當降低攪拌軸的攪拌功率以降低扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
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