李天方 張 軍 王長健 李繼昌

(1.海裝重慶局，重慶400042;2.中國二重檢測(cè)中心，四川618013)

材質(zhì)為ZG42Cr1Mo的立輥主傳動(dòng)十字萬向接軸用的法蘭叉頭使用不到7個(gè)月，其端面齒發(fā)生斷裂。該法蘭叉頭是按JB/T5000.6—1998標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)制造驗(yàn)收的鑄件。為明確事故原因，對(duì)法蘭叉頭斷裂原因進(jìn)行了分析。

1 檢驗(yàn)方法

(1)將法蘭叉頭兩端斷口采用專用的斷口清洗劑進(jìn)行清洗，觀察分析叉頭宏觀斷口形貌。

(2)在兩端斷口附近各切取一塊低倍試樣，分別記為1#、2#，進(jìn)行宏觀低倍組織及缺陷分析。

(3)取兩組力學(xué)試樣，進(jìn)行力學(xué)性能分析，一組在叉頭上切取低倍試樣后的余料上切取，方向?yàn)椴骖^環(huán)向方向，另一組直接在2#低倍試樣上切取，方向?yàn)椴骖^軸向方向。

(4)在1#低倍試片上的缺陷處切取金相分析試樣，進(jìn)行金相組織分析，取樣示意圖見圖1。

圖1 取樣示意圖Figure 1 Sampling drawing

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀斷口檢驗(yàn)

法蘭叉頭斷口銹蝕嚴(yán)重，經(jīng)過專用清洗劑清洗后觀察，斷口面粗糙，晶粒粗大，斷口為沿晶斷裂，在斷口上可以看到明顯的自由結(jié)晶表面，見圖2。

2.2 力學(xué)性能檢驗(yàn)

對(duì)法蘭叉頭的環(huán)向和軸向進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表1。將檢驗(yàn)結(jié)果與技術(shù)要求JB/T5000.6—1998對(duì)比可看出，該法蘭叉頭的抗拉強(qiáng)度Rm均達(dá)到技術(shù)要求值的上限甚至超過上限要求；延伸率A極低，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求值；沖擊值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值要求，僅為標(biāo)準(zhǔn)要求值的一半；硬度值超過標(biāo)準(zhǔn)要求值的上限。

2.3 低倍檢驗(yàn)

兩塊低倍試片采用50%的鹽酸熱浸蝕后，在其組織上均觀察到明顯的疏松孔洞與裂紋，其中1#低倍試片的疏松嚴(yán)重程度高于2#低倍試片，見圖3和圖4。

2.4 高倍檢驗(yàn)

高倍試樣拋光后未經(jīng)腐蝕時(shí)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)有明顯的疏松孔洞，見圖5。Ⅰ型夾雜物按TB/T2451—1993評(píng)級(jí)為2級(jí)。經(jīng)4%的硝酸酒精溶液腐蝕后觀察，發(fā)現(xiàn)組織存在明顯的沿原鑄造一次晶的網(wǎng)狀偏析，疏松孔洞分布在原鑄造一次晶晶界上，見圖6。沿鑄造一次晶偏析區(qū)組織為回火貝氏體，正常區(qū)也為回火貝氏體，但其碳化物彌散度相比偏析區(qū)要小，見圖7和圖8。晶粒度按GB6394—2002評(píng)級(jí)為5.5級(jí)。

圖2 斷口的宏觀形貌Figure 2 The macroscopic appearance of fracture

力學(xué)性能Re/MPaRm/MPaA5(%)Z(%)Akv/JHBW環(huán)向1#8058302.815103092#-8902.41512309軸向1#-8201.68.6JB/T5000.6—1998標(biāo)準(zhǔn)要求≥490690～830≥11-22220～260

圖3 1#低倍試片的宏觀組織Figure 3 The macroscopic structure of macroscopic specimen 1#

圖4 2#低倍試片的宏觀組織Figure 4 The macroscopic structure of macroscopic specimen 2#

圖5 疏松孔洞形貌 ×50Figure 5 Appearance of porosity ×50

圖6 網(wǎng)狀鑄造一次晶 ×50Figure 6 Primary mesh grain boundary obtained by casting ×50

圖7 鑄造一次晶組織 ×500Figure 7 Primary grain boundary obtained by casting ×500

圖8 正常區(qū)組織 ×500Figure 8 Structure in normal zone ×500

3 討論

3.1 從法蘭叉頭斷口宏觀形貌觀察發(fā)現(xiàn)，斷口為沿晶斷口，斷口粗糙，斷面晶粒粗大，該法蘭叉頭斷裂為快速脆性斷裂。

3.2 低倍檢驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，該法蘭叉頭內(nèi)部存在大

量的疏松孔洞。高倍檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該法蘭叉頭存在沿原鑄造一次晶網(wǎng)狀偏析，疏松孔洞均產(chǎn)生在鑄造一次晶偏析區(qū)內(nèi)。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果證實(shí)該法蘭叉頭沖擊功和塑性極差，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值要求。根據(jù)上述事實(shí)推斷，該十字萬向接軸每次在啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，法蘭叉頭必然承受巨大的反復(fù)的沖擊作用和扭矩作用，由于材料的沖擊功和塑性極差，必然在材料的內(nèi)部缺陷——疏松孔洞處萌生裂紋，并沿鑄造一次晶形成快速沿晶開裂。

4 結(jié)論

通過一系列檢驗(yàn)分析確認(rèn)法蘭叉頭、斷口為沿晶斷口，并發(fā)現(xiàn)有自由結(jié)晶表面，即證實(shí)了該法蘭叉頭是沿鑄造一次晶內(nèi)的疏松孔洞處開裂。綜上所述，導(dǎo)致十字萬向接軸端面齒法蘭叉頭斷裂原因?yàn)樵撹T件沖擊功、塑性極差和鑄件內(nèi)部存在大量的疏松孔洞。