摘要：花键轴断裂可能会导致失效现象，对此有必要明确断裂的根源。针对断裂后的断口应当分析金相组织以及化学成分，通过微观与宏观检查的方式来判断花键轴的失效根源。经过静态拉伸试验可知，花键轴断裂应当属于疲劳断裂的一种类型。从显微观察的角度来看，断裂后的花键轴本身具有较低的强度与硬度，魏氏组织存在于断面的内部。由此可见，花键轴如果长期处于较疲劳的状态下，那么很可能由于断裂而失效。
关键词：花键轴；断裂；失效
Fracture failure analysis of spline shaft
Jiantao Wang Xiaoyong
China small wheel tractor assembly plant in Henan province Yto Group Corporation Luoyang 471003
Abstract: spline shaft fracture may lead to failure, it is necessary to clear the root fracture. Should analyze the microstructure and chemical composition for fracture after, through microscopic and macroscopic examination of the way to judge the failure causes of the spline shaft. After static tensile test shows that the spline shaft failure should be a type of fatigue fracture from the microscopic observation point of view, the spline shaft fracture after itself has low strength and hardness, internal widmanstatten structure exists in the section. Thus, the spline shaft if long-term at a fatigue state, then it is likely to fail because of the fracture.
Key words: spline shaft; fracture; failure
引言：
相比于其他类型的钢材，碳合金钢本身具备优良的淬透性、强度与韧性。在淬火过程中，碳合金钢也会表现为较小的变形。因此从目前来看，碳合金钢可以用来制造齿轮连杆、轴承或者发动机气缸[1]。经过较长时期的运行，合金钢的构件很可能处于疲劳而逐渐损坏，其中典型就是花键轴部位的断裂。对于断裂后的花键轴有必要观察构件断面的微观以及宏观形态，综合运用硬度检测、金相组织检测或者静态拉伸的方式来判断构件断裂的根本原因，进而选择适当的防控措施。
一、断裂失效的试验
在本次试验中，选择了末端过渡区的花键轴断裂部位，这个区域位于一侧的螺杆位置上。经过初步判断，可知断口具有瞬断区与疲劳区的双重特征。对于断裂后的花键轴断口，应当进行全方位的观察，在此过程中既包括直观观察，又应当包括显微观察[2]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果把花键轴的断口放在显微镜下放，即可观察得到花键轴内部的金相组织、化学成分以及其他要素。针对疲劳断裂的花键轴还应当予以静态拉伸测试，通过这种方式来判断花键轴发生断裂的根本原因。
具体在测试中，针对断口运用了扫描电镜进行观察。观察的结论为：花键齿的根基部位具有放射状的线条，这些线条构成了疲劳裂纹。在花键轴的根部，点源的擦伤性十分明显，疲劳扩展区的弧线也相对很清晰。对于金相组织，选择了金相试样并且放置于显微镜下侧，金相组织应当经过前期的处理。显微镜下的金相组织表现为如下的特征：金相组织表面分布着针状、块状以及其他形状的铁素体；同时，金相组织的核心部位以及表层部分都具有魏氏组织，尤其是核心部位具有较多的魏氏组织。
二、分析失效原因
经过观察零件的断口部位，可知断口位置的花键轴表现为很明显的疲劳特征。这是由于，观察相邻的两齿可以发现相对明显的疲劳区域，与之相应的疲劳弧线也是可以观察到的。从微观角度来看，疲劳状态下的花键轴内部具有条带特征，在花键齿的根基位置上可见鲜明的裂纹，键槽中的裂纹尤其明显。据此可以推断，花键轴失效的根源就在于疲劳断裂。
在淬火处理的基础上，碳合金钢就会体现良好的力学特征。如果把花键轴置于显微镜下，通常可以观察到铁素体的大量存在，魏氏组织的现象十分明显。观察断口可知，花键轴的断口处并没有经过深度加工，因此对于机械加工导致的断裂因素可以进行排除。进一步分析可知，花键轴本身具有较低的硬度，这种硬度甚至并不符合最基本的技术指标。与此同时，花键轴体现了较低的屈服强度以及抗拉强度。初期在进行设计时，设计人员并没有选择适当的设计值，这种现状很可能导致了过低的疲劳强度[3]。
此外，魏氏组织通常存在于钢材内部，这种组织与奥氏体大小、钢材冷却速度以及含碳量都具有内在的联系。受到冷却速度的影响，魏氏组织就会表现出特定的规律性。同时，如果奥氏体具有较大的晶粒体系，那么也会增加魏氏组织在合金钢中形成的可能性。花键轴断裂与魏氏组织具有不可分割的联系，受到魏氏组织影响的花键轴将会减小强度与硬度。
结语：
经过分析可知，花键轴断裂应当属于典型的疲劳断裂。在断口位置上，花键轴呈现疲劳弧线的形状，局部表现为条带状的基本特征。究其根源，是由于花键轴内部包括了铁素体的显微组织，这种组织通常表现为魏氏组织的特征。然而，魏氏组织本身并不具备较强的力学特征，这种组织很有可能降低材料的结合力，同时也显著降低了断裂韧度。由此可见，为了从根源上防控花键轴由于断裂而产生失效现象，应当密切关注构件的冷却速度、含碳量以及晶粒体积。通过综合运用多样的措施和手段，才能防止花键轴由于达到了疲劳限度而出现断裂。
参考文献：
[1]胡春燕,刘德林. 花键轴断裂失效分析[J]. 材料工程,2012（05）:57-59+64.
[2]梁政,钟功祥,陈伟等. 1400型压裂泵动力端花键轴断裂失效分析[J]. 机械,2015（03）:66-68.
[3]王彬男. 某型支架搬运车后桥花键轴断裂失效有限元分析[J]. 农业装备与车辆工程,2011（08）:34-35+41.
[4]循环淬火细化对42CrMo钢组织及疲劳性能的影响[J]. 尹志新,于维成,姚戈,杨振国,李守新,马常祥,王毛球,惠卫军,董翰,翁宇庆. 钢铁. 2002(10)
[5]魏氏组织对齿轮强度的危害及其控制方法[J]. 唐川江,刘向东,胥勋文,王宏宇,周渝,潘剑波. 汽车技术. 2000(06)
论文作者:张建涛,王晓永
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/20
标签：花键轴论文; 金相论文; 组织论文; 断口论文; 疲劳论文; 合金钢论文; 硬度论文; 《基层建设》2017年5期论文;