轧机辐板辊轴花键断齿失效分析

夏春龙，王旭东，潘嘉玉，王建国，李明泽

（太原重工轨道交通设备有限公司，山西 太原 030032）

某公司锻轧生产线辐板辊轴服役一个月后，花键开始出现断齿现象，受委托对其失效原因进行分析。辐板辊轴花键材质为55NiCrMoV7，热处理状态为淬火+回火。

1 试验分析

1.1 宏观分析

辐板辊轴花键齿数为42，其中断齿约1/2。断齿大多数为多齿连续断裂，断齿约占齿长1/3～1/2，断齿形态主要为沿齿根断裂，断口面油污锈蚀污染严重，未断齿齿根几乎大部分轮齿都清晰可见多条纵向裂纹，齿面碾压塑性变形特征明显，见图1所示。

图1 宏观形貌

对辐板辊轴花键解剖，纵向取低倍、硬度试片，横向取高倍及电镜试块。

1.2 扫描电镜形貌分析

齿面呈典型的波浪状接触疲劳形貌，表面划伤严重。齿根附近有明显的压塌区域，齿根附近齿面可见多条平行裂纹，见图2。

图2 齿面形貌

1.3 化学成分分析

辐板辊轴的化学成分结果见表1。化学成分符合55NiCrMoV7材质成分要求。

表1 辐板辊轴成分 %

1.4 硬度分析

1.4.1 调质硬度

调质硬度结果见表2。

表2 调质硬度结果表

1.4.2 齿面硬度

齿顶处齿面硬度检测为：HRC50.8；HRC 50.6

试验结果表明，硬度值低于图纸要求HRC55～60。

1.5 金相分析

1.5.1 酸浸

试片酸浸后，花键侧有连续分布的裂纹，深度约8 mm，裂纹观察为齿根处延伸至截面。齿面方向观察，齿根裂纹几乎贯穿整个齿长此外，未发现其他宏观缺陷。

1.5.2 组织分析

高倍试样镶嵌后抛光状态下观察，齿根裂纹开口处与齿根表面约呈10°角方向起裂，且开口外宽内窄，延伸约100μm后，约呈60°角向内扩展，裂纹尖端有分叉现象，见图3-1所示。……