断了一根轴如何做失效分析

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有一传动轴，材料为45钢锻件，锻后正火调质处理技术要求HB210-260.  客户装机运转2个月后发生断裂，由于客户在拆卸轴体时对断口造成了污染，主断面可能还焊接过东西。到我手里时就变成了一个锈迹斑斑断口破坏的一小截断后工件，领导要求尽快分析断裂失效原因，可能会关联到索赔问题，所以比较着急。论坛的各位专家帮忙看下分析下原因，或者提供下思路在次表示感谢。失效工件检测表面硬度HB252符合技术要求，直径116mm，下面为断裂工件照片：

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伯龙马 发表于 2015-7-12 22:05
在水流中边冲洗边用刷子刷，试试可否。

水是洗不出来的，下午用酒精洗了也不好，可不可以用盐酸水溶液或者草酸洗但又怕腐蚀断口。

伯龙马

        
     根据装机前硬度为252HBW,装机后运行2小时才断裂，可以初步判断为疲劳断裂。造成这种断裂的原因往往是断裂韧性极差，即有疲劳源存在，且裂纹扩展速率较高。
        由于断口被污染无法看清其特征，但楼主已指明断口处有焊接的痕迹……由此判断焊口处可能就是疲劳源，焊接后没经过退火，则造成焊接热影响区韧性降低，即断裂韧性降低，故裂纹扩展速率加快。如果不是焊接惹的祸，根据硬度情况，其断裂韧性是不错的。
      应当首先看看断口金相组织，是否晶粒粗大，如果粗大也可能是淬火开裂，如果不粗大则与热处理无关。

197971500

伯龙马 发表于 2015-7-12 17:58
根据装机前硬度为252HBW,装机后运行2小时才断裂，可以初步判断为疲劳断裂。造成这种断裂的 ...

您好马老多谢您的指导，是我没有交代清楚，该工件装机后2个月断裂，断口上的焊接痕迹应该是工件断裂后客户为了拆卸工件焊接的吧（只是猜测明天向客户核实一下），调质后应该没有问题的，我们发货前都做探伤的，您可以忙我看下裂纹源在那里吗，开裂性质是什么，金相在那个地方取样比较好？
谢谢。

伯龙马

       如果调质没问题，且装机前经过探伤说明热处理过程没产生裂纹，那就不用再看金相组织了。运行2个月才断裂，足以说明是疲劳断裂而不是脆性断裂。至于疲劳源请将断口清洗干净后照个照片传上来再判断。

cnszgong

197971500 发表于 2015-7-12 18:14
您好马老多谢您的指导，是我没有交代清楚，该工件装机后2个月断裂，断口上的焊接痕迹应该是工件断裂后客 ...

个人观点：疲劳断裂应该没错，裂纹源在轴的外圆周面上（多源性裂纹特征）。不知该部位的粗糙度要求是多少？
能在断口附近的外圆周面上看到比较明显的车加工痕迹。

MYG

多源疲劳断裂，疲劳源位于表面。
粗糙的刀痕可能是一个因素。
建议在断口附近取样做横向低倍，在断裂处表面取纵向高倍样，看看调质质量（组织、晶粒度）。

cnszgong

从热处理的角度分析一下45钢锻件，直径116mm，锻后正火调质处理技术要求HB210-260。这样的技术要求通过调质能否达到呢？
这样的设计恐怕又是文件工程师的杰作吧。

伯龙马

       轴的外圆周面上的 多源性裂纹方向与粗加工刀痕方向不一致，况且调质处理高温回火后热处理应力基本不存在了，况且装机前经过探伤。这种多源性裂纹是这样产生的呢？有两种可能：
     1.轴运转过程外力作用，刀痕特深产生了应力集中，但裂纹的方向与刀痕方向不一致，所以认为关系不大
     2.这种多源性裂纹是否客户焊接时，热影响区涉及到轴的表面温度达到淬火温度，45钢（局部）空冷硬化，心部温度高向外膨胀，表面呈现拉压力而产生的多处小裂纹。
                                                               个人见解，供讨论。

197971500

伯龙马 发表于 2015-7-12 18:37
如果调质没问题，且装机前经过探伤说明热处理过程没产生裂纹，那就不用再看金相组织了。运行2个月才 ...

请问断口处用什么物质可以洗的比较干净，下午用酒精洗了下，没有洗出来。

197971500

MYG 发表于 2015-7-12 18:43
多源疲劳断裂，疲劳源位于表面。
粗糙的刀痕可能是一个因素。
建议在断口附近取样做横向低倍，在断裂处表 ...

多谢袁工指点，能麻烦您给指出一下疲劳源或者裂纹源在那里吗。

197971500

cnszgong 发表于 2015-7-12 18:51
从热处理的角度分析一下45钢锻件，直径116mm，锻后正火调质处理技术要求HB210-260。这样的技术要求通过调质 ...

技术要求都是客户定的，现在客户都是上帝。前天有件3吨多重的工件居然要求调质245-255HB这个为难啊。

话又说回来我这个断轴，断裂的原因是必须要找到的，就是断口污染的太厉害了而且还遭到了点破坏。

伯龙马

197971500 发表于 2015-7-12 21:43
请问断口处用什么物质可以洗的比较干净，下午用酒精洗了下，没有洗出来。

         在水流中边冲洗边用刷子刷，试试可否。

cnszgong

如果我说选材错误，你信吗？
我个人的观点：这是文件工程师参考机械设计手册上小直径的45钢圆柱料所给出的参考性能数据，然后认为100mm直径以上的45钢调质后也能达到机械设计手册中的性能指标（但他忘了或者就不知道什么是质量效应）。

MYG

197971500 发表于 2015-7-12 21:47
多谢袁工指点，能麻烦您给指出一下疲劳源或者裂纹源在那里吗。

多源…断口严重破坏，无法确定裂源。
在破坏不严重处取样，做金相，顺便打打硬度。

伯龙马

      请与客户沟通一下：
      1.焊接前断口是否有裂纹？
      2.使用到最后时刻是否有过载的情况？
     3. 分析问题，保护好断口十分重要，客户为什么要这样草率焊接破坏了断口原状，为何不立即通知你方？
     4.你的几张照片是一个断口上的吗？

197971500

MYG 发表于 2015-7-12 22:19
多源…断口严重破坏，无法确定裂源。
在破坏不严重处取样，做金相，顺便打打硬度。

多谢、明天取样，到时再上传照片请指导。

197971500

伯龙马 发表于 2015-7-12 22:22
请与客户沟通一下：
      1.焊接前断口是否有裂纹？
      2.使用到最后时刻是否有过载的情况？

这些照片都是一个断口的不同方向拍的，其他的问题明天找客户核实，我们粗查了一下这个工件发出去最少1年多了，

197971500

cnszgong 发表于 2015-7-12 22:07
如果我说选材错误，你信吗？
我个人的观点：这是文件工程师参考机械设计手册上小直径的45钢圆柱料所给出的 ...

多谢提出宝贵意见，我想客户可能是为了省钱才选的这个材料吧。大尺寸高强度的轴类工件选用45钢本身就是错误。

cnszgong

197971500 发表于 2015-7-12 22:49
多谢提出宝贵意见，我想客户可能是为了省钱才选的这个材料吧。大尺寸高强度的轴类工件选用45钢本身就是错 ...

我觉得用42CrMo锻件可能更合适。另外如果这个零件的调质是作为最终热处理，也许适当提高调质后的表面硬度要求可能会更好些。