减速器出力轴断裂原因分析

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立车产品减速器出力轴根部发生断裂，该减速器为外购件，厂家提供出力轴材质为S45C中碳（相当于国内牌号45Mn）；出力轴热处理硬度要求为45～50HRC。出力轴断裂情况如图1所示。

1.理化检验
（1）断口分析
断口塑性变形不大，有放射状条纹，强光下转动可见发光特征，呈脆性断口形貌。于断口处取样SEM下观察，呈现明显解理或准解理断裂特征（见图2）。

（2）化学成分
依据GB/T699-1988中45Mn，经检验Cr的质量分数值偏高，化学成分不符合标准要求（见附表）。
出力轴化学成分分析结果（质量分数） （%）

元素	C	Mn	Cr
理论值	0.42～0.50	0.70～1.00	＜0.25
实测值	0.50	0.71	0.32

（3）硬度检验结果
如图1中A、B、C、D处检测硬度，检测结果分别为：A、C、D处207～213HBW，B处55～60HRC。发现图1b中B、D区以虚线为界，同一轴径左（D）、右（B）两侧硬度不同，且淬火硬度值较原要求（45～50HRC）偏高。
（4）金相检验结果
于图中断裂处（D、C处）、B处分别沿纵、横方向取样进行金相组织检验，所得组织形貌，如图3～图5所示。图3为C、D处横截面组织，与断裂处组织相同；图5为D处横截面组织。


图3、图4组织中组织均为回火索氏体+未溶解铁素体，且图4中回火索氏体加游离铁素体沿纵向呈条带状分布，组织偏析严重；图5、图6中淬硬层组织为细小回火马氏体，心部回火索氏体加游离铁素体，淬硬层界限明显。
2.分析
从化学成分、硬度检测结果可以看出，该出力轴的化学成分中Cr元素含量略高于上限；该零件的硬度也不均匀，图1中同一轴径位置，硬度竟存在着明显差异，部分区域呈现偏高的淬火硬度，属热处理不当造成。
从图3～图5金相组织上看，该出力轴断裂部位为调质加热不充分的组织，存在大量的游离铁素体，属调质淬火加热温度不足所致，因而此处强度、硬度均相对较低，从断裂位置看，断裂部位存在结构上的变化，并且图5可知，该出力轴沿纵向呈明显的带状偏析状态，说明调质淬火前的正火不充分，预备热处理组织不均匀；由图6组织可知，该出力轴淬火组织为细小的马氏体，说明该出力轴局部淬火温度、冷却速度合理，但从硬度角度看，回火温度不够。
3.结语
综上所述，从理化检验的各项结果看，该出力轴的化学成分及热处理过程均存在着严重的问题，造成了整个零件力学性能上的不均匀，内部存在严重的组织应力，加之结构上的变化也在相对薄弱环节，在外力作用下强度较低的部位最易发生脆性断裂。
作者：张吉浩、徐显卉，齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司
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