齒輪減速機第二軸在總裝時發生批量斷裂，斷裂部位均在軸端螺紋收尾根部。采用化學成分分析、金相檢驗以及斷口宏、微觀分析等方法，對該軸的斷裂原因進行分析。結果表明，該零件在熱處理過程中，因超音頻回火工藝控製不當，以及機加工缺陷引起的應力集中是導致斷裂的主要原因。提出了改進措施。
關鍵詞：顯微組織;超音頻回火;應力集中;馬氏體
1情況簡介
變速箱第二軸經熱處理後，在總裝時發生批量斷裂，斷裂部位均發生在軸端螺紋收尾根部處，。該軸材料為20CrMo，生產工藝:下料→鍛造→正火→機加工→滲碳淬火→回火(180～200℃)→拋丸→校直→局部(螺紋部)超音頻回火(560～580℃)。
工件的技術要求:有效滲碳層深度為0.7～1.1mm，表麵硬度58～64HRC，心部硬度26～42HRC;對螺紋部位采用超音頻回火工藝以降低硬度。
2理化檢驗
2.1化學成分分析
在斷裂件上取樣進行化學成分分析，檢測結果(質量分數)見表1。可見其成分符合GB/T3077-1999的要求。
2.2宏觀斷口分析
斷裂位置位於螺紋收尾根部與花鍵軸的連接處。經觀察，該部位表麵肉眼可見明顯的機械加工刀痕，斷口邊緣呈鋸齒狀。
2.3微觀斷口分析
斷口經掃描電鏡觀察，裂紋源均起源於螺紋根部，沿周向呈現為多源，每個裂紋源處有明顯台階。斷口呈沿晶解理斷裂，為脆性斷口特征，並有大量二次裂紋。
2.4金相檢驗
在斷口處製取金相試樣，光學顯微鏡下觀察，圓周螺紋上有多條由外向裏的裂紋，裂紋較平直，尾部尖細，兩側無脫碳。
將斷軸螺紋沿軸向切開，檢查經超音頻回火後的金相組織，發現存在一個宏觀的月牙形區域，該區組織為淬火馬氏體，而螺紋兩端為回火區。
2.5硬度測試
經測試，月牙形區域中部硬度為570HV，螺紋兩端硬度為514～533HV，心部硬度為35～36HRC。
3結果分析
根據成分分析可知，該零件所用材料化學成分符合GB/T3077-1999中20CrMo鋼的要求，可排除因材料錯用而導致斷裂的因素。
該批零件經滲碳淬火後，在螺紋部進行超音頻回火，以降低其硬度。但金相組織及顯微硬度測定結果均表明，此回火過程，實際上是在螺紋部位又進行了一次淬火，這必然加大了該處的組織應力和熱應力。
從斷裂的部位看，斷裂均發生在螺紋收尾的根部與花鍵軸的連接處。由於該處沒有加工退刀槽，是機加工的應力集中處;同時該部位也是超音頻回火結束部位，是熱應力與組織應力集中區，從裂紋的形態上看係冷應力裂紋。
4結論
(1)該軸的斷裂是由於超音頻回火溫度失控，使回火過程實際上變成了淬火過程，使螺紋部位處於高應力狀態。
(2)超音頻回火後產生的裂紋屬冷應力裂紋或延遲裂紋，是由於機加應力與淬火組織應力集中所造成。
5工藝改進措施
(1)降低超音頻回火溫度，延長加熱時間。
(2)提高螺紋根部的粗糙度，避免尖銳的刀痕出現，同時在螺紋的收尾部設計一個退刀槽，以降低機加工應力。
(3)將超音頻回火區域沿軸花鍵部延長，避免在螺紋收尾部產生應力集中。
采取上述措施後，近兩年來未發生類似斷裂失效事故
