一小轴断裂失效——断口讨论

canman

首先恳请大家原谅，这个轴的状态不是太清楚，能写的我尽量表明，现就这个断口进行讨论。
断裂位于转角退刀槽且靠近较大直径轴段，两轴段直径分别为22，17mm，零件使用中承受扭转
材料正在分析中，图纸要求55钢，零件实际可能采用40Cr+调质。(已确认为45钢调质)
材料夹杂物，金相组织基本正常，芯部500倍下有少量网状铁素体，硬度21HRC左右

关于这个断口，宏观我描述为横向切断型扭转疲劳断口，相片和实际断口差别比较大，实际断口疲劳区十分光滑明亮，疲劳辉纹不明显。
希望从以下几个方面讨论讨论，有些也是我有疑问之处
1，该断口裂纹源处未见明显台阶——应力集中之间关系如何？
2，断口箭头所指区域如何描述？
3，断口分析出疲劳应力大小及周次，（高低应力？高低周疲劳？）
欢迎热烈讨论....

紫琅人

个人意见回复，
1，该断口裂纹源处未见明显台阶——应力集中之间关系如何？
    裂纹源不是明显的，应力集中是否回火充分呢？要是回火不是很充分，也会产生应力集中，芯部500倍下有少量网状铁素体又是怎样的分布？回火温度和时间是怎样的?
2，断口箭头所指区域如何描述？  箭头所在个人觉得是疲劳开裂源头，
3，断口分析出疲劳应力大小及周次，（高低应力？高低周疲劳？）  个人觉得是扭转度大小呢，是扭转过大引起，

刘武乐

看你轴很新像是没有使用过的  因该不是疲劳断裂吧，
在工件直径突变出一把容易出现应力集中，偏向于应力集中导致的断裂
另外断口无明显塑性变形，因该是脆断。
个人意见欢迎指正

gtn1314

1. 箭头处似乎是断裂起源，应观察其外侧有无明显刀痕；
2. 轴断面有明显扭转导致的塑性变形，失效分析应考虑过载或设计时轴颈过小的可能性；
3. 断面似乎不是典型高周疲劳断裂，若以箭头处作为断裂起源，占轴断面连1/4都不到，所以可能为低周疲劳断裂；但第二张断口中心区附近发亮的地方似乎也是疲劳导致，所以要补充该区域的放大照片，最好是电镜照片；
建议：对几个典型区域，如怀疑的裂纹源处、扭转塑性变形区、裂纹扩展处做详细扫描电镜观察，并依据断裂机理作近一步分析.

刘武乐

回复 4# gtn1314


    向楼主学习了  呵呵 有空看看我发的那几个帖子  多多指教

刘武乐

回复 5# 刘武乐


    谢谢版主那就请多关照一下那几个帖子 呵呵   我问的问题结合了实际的应用   我不是搞热处理的   是搞轴承的 可能纯粹搞热处理的看的不是很明白，

刘武乐

楼主见谅呀  我找不到版主 只能借你的帖子  和版主聊几句呵呵  抱歉  

motion_0576

1   断口为扭转疲劳断口有附加弯矩存在，红色箭头所指疲劳源区有可能是校直损伤位置或者由于附加弯矩造成。
2   该轴服役承受载荷不大，因为瞬断区所占面积很小，瞬断位置偏离中心说明有附加弯矩。
3   还有一种可能最初疲劳源在红色箭头对面180°位置，红色箭头是第二疲劳源。需要仔细确认，如果是这样那么疲劳与台阶R应力集中、附加弯矩、载荷与强度匹配等有直接关系。

motion_0576

对了，与装配同心度有直接关系。

canman

回复 8# motion_0576

宏观照片很难拍出真实断口形貌，太遗憾了，我比较赞同您对断面分区的描述，瞬断区很小且偏心，对于十分明亮的疲劳扩展区希望能解释一下为什么这么亮，很抱歉相机拍不出效果。

另外，上面有同志想知道金相组织的，也一并附上，这根轴是使用过的。

冯亚斌

有魏氏组织，请哪位专家详解组织情况。

luxueying2006

回复 10# canman


    怎么看着不像调质的图片呢。

空余恨

零件心部组织状态不好。在调质过程中冷却速度不够。

canman

回复 13# 空余恨
当然如果没有先共析铁素体最好了，少量的也是可以的，何况这是500倍下看的。
抓主要矛盾

bjx669

直径20左右的轴又不是很粗，芯部组织出现这种情况个人认为有问题。

ccfx99

1   断口为弯曲疲劳断口，但是断裂为扭转断裂，因此，不宜说明是高周疲劳断裂还是低周疲劳断裂
2、箭头所指区域如何描述？
       疲劳区。
3   还有一种可能最初疲劳源在红色箭头对面180°位置，红色箭头是第二疲劳源。需要仔细确认，
    红色箭头处是明显的疲劳源
4   建议检查同轴度情况，从断口看偏心，且这个偏心是断裂的原因。

xrg860220

硬度太低了，硫化物是否超标了呢？

motion_0576

回复版主
1  不是我和装配叫上劲了，而是许多早期失效的确与此有关。
2  也希望从事失效分析工作的同行开阔思路，不要拘泥于心部组织、硬度。。。。。。。
3  但本例从LZ提供的金相组织，调质处理的确有问题。

MYG

我认为近表层淬火后有非马组织，不光是铁素体，还有数量较多的索氏体。

紫琅人

同意8楼和18楼的看法，这样工具与装配是有一定的关系的，是要与其它思路一起分析，如果装配不当也是会出现断裂的
从楼主提供的金相组织图片看，是有部分硫化物夹杂，是否超标可根据相关夹杂物标准来评定
调质组织网状铁素体呈魏氏体形态，与热处理工艺不当有关