某型號拖拉機的驅(qū)動輪軸在感應(yīng)淬火后的校直工序中發(fā)生斷裂，該驅(qū)動輪軸材料為42CrMo鋼，加工工藝流程為：棒料→鍛造→調(diào)質(zhì)→機械加工→感應(yīng)熱處理→校直。驅(qū)動輪軸整體經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，硬度為262~302HB，外表面經(jīng)過感應(yīng)淬火處理，感應(yīng)淬火后硬度為50~57HRC，淬硬層深度為7~9mm。
研究人員采用一系列理化檢驗方法對該驅(qū)動輪軸的斷裂原因進(jìn)行分析，以防止該類事故再次發(fā)生。
1、理化檢驗
1.1 宏觀觀察
驅(qū)動輪軸斷口無明顯塑性變形，斷口邊緣比較平整，心部粗糙，斷口宏觀形貌如圖1所示。
1.2 掃描電鏡分析
采用掃描電子顯微鏡(SEM)對驅(qū)動輪軸斷口的中心部位進(jìn)行觀察，在斷口心部位置存在晶界熔融特征(見圖2)。零件在加熱過程中，溫度過高導(dǎo)致零件過燒。過燒造成晶界熔化和晶界開裂等不可消除的缺陷，嚴(yán)重降低了材料的塑性和強度。
1.3 金相檢驗
將驅(qū)動輪軸斷口沿軸線剖開，經(jīng)過拋磨、腐蝕后，利用光學(xué)顯微鏡觀察其顯微組織。可以看到斷口心部的顯微組織為回火索氏體，未發(fā)現(xiàn)異常組織(見圖3)。整個剖面上有大量的黑色網(wǎng)狀裂紋(見圖4)。黑色網(wǎng)狀裂紋是材料在過燒溫度下，晶界位置存在磷、硫等元素聚集留下的痕跡，在后續(xù)的熱處理加工過程中,無法消除這種組織的影響。
在驅(qū)動輪軸上未經(jīng)鍛打、經(jīng)過調(diào)質(zhì)的部位取樣，將試樣放在光學(xué)顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)該試樣為正常的回火索氏體(見圖5)。
1.4 硬度測試
用布氏硬度計對驅(qū)動輪軸的心部硬度進(jìn)行測試。用高精度洛氏硬度計對驅(qū)動輪軸的表面硬度進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。
1.5 熱酸蝕試驗
在斷裂的驅(qū)動輪軸上未經(jīng)過鍛打、經(jīng)過調(diào)質(zhì)的部位取樣，進(jìn)行熱酸蝕試驗。熱酸蝕后輪軸的宏觀形貌如圖6所示。
2、綜合分析
斷口心部的SEM形貌顯示：驅(qū)動輪軸斷口心部位置有明顯的晶界熔化形成的自由結(jié)晶面和一些孔洞，說明零件在生產(chǎn)過程中發(fā)生了由于加熱溫度過高導(dǎo)致的過燒現(xiàn)象。
金相檢驗結(jié)果顯示：垂直于驅(qū)動輪軸斷口的整個剖面上有大量黑色網(wǎng)狀裂紋，說明該區(qū)域發(fā)生了高溫過燒。在該驅(qū)動輪軸的加工過程中，只有鍛造和調(diào)質(zhì)兩道工序?qū)α慵w進(jìn)行加熱，有心部組織過燒的可能。
由金相檢驗結(jié)果可以看出：斷口處及經(jīng)過調(diào)質(zhì)、未經(jīng)過鍛打部位的顯微組織均為正常的回火索氏體。熱酸蝕結(jié)果顯示,驅(qū)動輪軸未經(jīng)過鍛打、經(jīng)過調(diào)質(zhì)的部位不存在黑色網(wǎng)狀裂紋和孔洞，兩者都說明驅(qū)動輪軸在調(diào)質(zhì)過程中未發(fā)生過燒現(xiàn)象。
該驅(qū)動輪軸在調(diào)質(zhì)熱處理過程中未發(fā)生過燒，結(jié)合驅(qū)動輪軸的加工工藝，最終確定驅(qū)動輪軸在鍛造過程中發(fā)生了局部過燒現(xiàn)象。
3、結(jié)語
驅(qū)動輪軸在鍛造過程中發(fā)生局部過燒現(xiàn)象，引起材料的塑性和強度下降，進(jìn)而導(dǎo)致驅(qū)動輪軸在校直應(yīng)力的作用下發(fā)生開裂。建議嚴(yán)格控制鍛造過程中的加熱溫度和保溫時間,以防止該類現(xiàn)象再次發(fā)生。
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