Risse bei der Wärmebehandlung von Wellenwerkstücken können zu katastrophalen Ausfällen in Maschinen führen. Dieser Artikel befasst sich mit den Ursachen für diese Risse und konzentriert sich dabei auf Faktoren wie Materialeigenschaften, Spannungen während des Vergütens und Fehler im Herstellungsprozess. Wenn Ingenieure diese Probleme verstehen, können sie Strategien zur Vermeidung solcher Defekte umsetzen und so die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit kritischer Komponenten sicherstellen. Sie werden spezielle Analysetechniken und Präventivmaßnahmen kennenlernen, die die Qualität von Wellenwerkstücken erheblich verbessern können.
42CrMo ist ein hochfester legierter Stahl, der für seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Zähigkeit, gute Härtbarkeit und fehlende Anlasssprödigkeit bekannt ist.
Nach dem Vergüten weist er eine hohe Ermüdungsgrenze, eine hohe Schlagzähigkeit und eine gute Kälteschlagzähigkeit auf und ist damit ideal für die Herstellung großer und mittelgroßer Stahlbauteile, die sowohl Festigkeit als auch Zähigkeit erfordern.
Unser Unternehmen hat 42CrMo-Stahl für die Herstellung eines großen Drehzapfens gewählt, und der Herstellungsprozess umfasst die folgenden Schritte: Schmieden des Rohlings, Normalisieren, Grobbearbeitung, Vergüten, Endbearbeitung, Induktionshärtung und Schleifen des Rohlings.
Die Pivotstruktur ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abb. 1 Pivot-Struktur
Beim Härten, Anlassen und Abschrecken können an der Gelenkwelle Risse entstehen.
Der Riss tritt in der Regel im Bereich des Übergangsbogens zwischen dem Gelenkwellenfuß und dem Flansch auf.
Die gesamte Gelenkwelle bricht in radialer Richtung und reicht bis zum großen Endflansch.
Die Zapfenwelle kann vollständig brechen. Form und Lage des Risses entnehmen Sie bitte Abb. 2.
Abb. 2 Rissmorphologie nach Abschrecken, Anlassen und Abschrecken
Die Abschrecken und Anlassen Das Verfahren für dieses Stück besteht darin, es 3 Stunden lang bei 840 ℃ zu halten, gefolgt von einem Abschrecken mit Ölkühlung, sobald es aus dem Ofen genommen wird. Die Abschreckungszeit beträgt 30 Minuten, und als Öl wird Houghton K verwendet. Abschrecköl.
Mehrere Chargen dieses Produkts sind ohne Risse hergestellt worden.
Um die Ursachen der Risse zu analysieren, wurde ein gerissenes Werkstück am großen Endflansch entnommen und dessen chemische Zusammensetzung, metallografische Struktur und Risse analysiert. Für die Analyse wurden Proben aus dem Flanschriss entnommen (siehe Abb. 3).
Abb. 3 Probenahme am Flansch
Siehe Tabelle 1 für die Ergebnisse der Analyse der chemischen Zusammensetzung
Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung (Massenanteil) von 42CrMo Stahlzapfen (%)
| Element | Standardwert | Gemessener Wert |
| C | 0.38~0.45 | 0.43 |
| Si | 0.17~0.37 | 0.28 |
| Mn | 0.5~0.8 | 0.68 |
| S | ≤0.035 | 0.007 |
| P | ≤0.035 | 0.016 |
| Cr | 0.9~1.2 | 1 |
| Mo | 0.15~0.25 | 0.2 |
| Ni | ≤0.30 | 0.034 |
| Cu | ≤0.30 | 0.046 |
| Al | – | 0.026 |
Die metallographische Struktur ist in Abb. 4 dargestellt.
Abb. 4 Metallographische Struktur von Riss und Oberfläche
Die Analyseergebnisse zeigen, dass die chemische Zusammensetzung des 42CrMo-Stahls den technischen Anforderungen entspricht. Die gemessene Oberflächenhärte beträgt 296HBW und liegt damit innerhalb des geforderten Bereichs von 277-331HBW. Das metallographische Gefüge ist gehärteter Sorbit, und das zentrale Gefüge ist gehärteter Sorbit + Ferrit.
Der Riss des Werkstücks ist bogenförmig, und es gibt keine Entkohlung auf beiden Seiten des Risses, was darauf hindeutet, dass vor dem Vergüten kein Riss vorhanden war, und es wurden keine weiteren Anomalien festgestellt.
Die physikalischen und chemischen Analytiker führen den Riss auf eine übermäßige Beanspruchung während des Abschreckens, Anlassens und Abschreckens der Probe zurück.
Aufgrund der Größe des Werkstücks und der Schwierigkeit der Probenahme vermutet der Autor jedoch, dass es sich bei der Schnittposition der Probe um den Bereich des Risswachstums und nicht um den Ort der Rissentstehung handeln könnte, so dass weitere Analysen erforderlich sind.
Da die Rissquelle nicht über die Bruchfläche identifiziert werden kann, wird vorgeschlagen, das Werkstück zu schneiden, um die Rissquelle zu lokalisieren. Flamme oder Plasmaschneiden kann sich auf die Bruchstelle auswirken. Daher wird empfohlen, die Rissstelle im Bereich des Wellenübergangs des fehlerhaften Teils zu schneiden.
Wenn der Schnitt 1/3 des Durchmessers erreicht, bricht die Gelenkwelle in zwei Teile, was eine weitere Analyse der Rissursache ermöglicht.
Die Bruchmorphologie nach dem Drahtschneiden ist in Abb. 5 dargestellt.
Abb. 5 Rissbruchposition nach dem Drahtschneiden
Das Zentrum des Bruchs erscheint braun, während der äußere Teil eine normale Metallfärbung aufweist. Die braune Färbung in der Mitte ist abnormal und wird wahrscheinlich durch Oxidation verursacht.
Die Analyse deutet darauf hin, dass in der Mitte des Teils vor dem Abschrecken, Anlassen und anschließenden Schmieden, Normalisieren und Abschrecken wahrscheinlich Risse vorhanden waren. Die Risse hätten während dieser Prozesse eine Oxidation erfahren, die zu der braunen Verfärbung geführt hätte.
Um diese Hypothese zu bestätigen, wurde eine Probe aus dem braunen Bereich entnommen und analysiert. Die Probe wurde von der Mitte aus in axialer Richtung geschnitten. Beim Schneiden und Verarbeiten wurde festgestellt, dass zahlreiche Risse radial verteilt waren, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Abb. 6 Ort des Rissbruchs
Die Analyse der Probe zeigt, dass die Probe eine deutliche Bänderstruktur aufweist (Grad 4), wie in Abb. 7 dargestellt.
Abb. 7 Metallographische Struktur des Risszentrums
Die Risse, die mehrfach und annähernd parallel verlaufen, sind entlang der Richtung der Bandstruktur und senkrecht zur Schmiederichtung verteilt.
Der Autor ist der Ansicht, dass vor dem Vergütungsprozess der Zapfenwelle Risse vorhanden waren, die sich in der Mitte befanden und an der Oberfläche nicht sichtbar waren.
Während des Vergütungsprozesses dehnten sich die Risse unter dem Einfluss von organisatorischen und thermischen Spannungen aus, wobei auch das Bandgefüge eine Rolle spielte.
Daher ist es notwendig, eine weitere Analyse durchzuführen, um festzustellen, ob es während des Schmiedeprozesses Probleme wie eine zu niedrige Schmiedetemperatur und ein unangemessenes Schmiedeverhältnis gab.
Um zu verhindern, dass fehlerhafte Teile auf den Markt gelangen, wurden die Produkte in der Produktion gründlich untersucht.
Alle in der Verarbeitung befindlichen Produkte wurden einer NDT-Prüfung mit einem Ultraschallprüfgerät unterzogen.
Bei der Untersuchung wurden zwei anormale Produkte entdeckt, deren Seriennummern überprüft wurden.
Es wurde festgestellt, dass die Seriennummern der beiden anormalen Produkte zu derselben Charge gefälschter Produkte gehörten, die die gerissenen Teile enthielten.
Um die frühzeitige Analyse und Beurteilung zu validieren, wurden die in axialer Richtung gefundenen abnormalen Teile mit Draht geschnitten.
Die Schnittfläche zeigte deutlich das Vorhandensein mehrerer detaillierter Risse, die senkrecht zur Schmiederichtung verlaufen, wie in Abb. 8 dargestellt.
Abb. 8 Schnittfläche der fehlerhaften Teile
Eine weitere Überprüfung ergab, dass der Riss beim Schmieden entstanden war.
1）Der Bruch der Gelenkwelle kann direkt auf den Schmiederiss zurückgeführt werden, der sich während des Schmiedeprozesses des Werkstücks gebildet hat. Dieser Riss dehnte sich während des Vergütens aus, und das Vorhandensein eines Bandgefüges trug ebenfalls zu seinem Wachstum bei.
2）Bei der Durchführung von Fehleranalysen ist es wichtig, die Quelle des Risses sorgfältig zu lokalisieren. Unterschiedliche Probenahmestellen können sich erheblich auf die Analyseergebnisse auswirken. Daher ist es wichtig, die Ursache von der Quelle aus zu analysieren und zu identifizieren, um Fehlleitungen zu vermeiden.
3）Die Verstärkung der Eingangskontrolle von Rohstoffen ist entscheidend, um zu verhindern, dass fehlerhafte Teile in den Produktionsprozess gelangen.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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