大修花键轴表面裂纹对使用性能影响的分析探讨

高龙

【摘  要】轨道车辆传动系统部件关系到行车安全，车辆大修过程需要对齿轮类部件拆解后实施探伤，无损检测人员需要根据多方面因素判别使用状态。本文通过实际检测案例，从原材化学成分、裂纹部位微观形态、热处理性能等分析了裂纹产生原因，以及使用性能等进行分析，作为类似部件无损检测过程提供参考。

【关键词】花键轴;荧光磁粉检测;裂纹;使用性能

引言

某大修轨道车的换向箱在拆解检测过程中，其齿轮类部件经荧光磁粉检测中发现表面存在微裂纹类缺陷。该类缺陷在齿轮类部件大修过程中经常出现，无损检测人员参照相关标准直接判废处理，后续新部件的配套造成生产周期及生产成本居高不下。因此，考虑通过对花键轴表面裂纹区域的相关测试，分析裂纹产生原因。

1.实施过程

1.1无损检测

该花键轴用于某轨道车换向箱，位于输入轴位置，材质为30CrMnTi，热处理工艺采用碳氮共渗加淬火处理。花键轴采用荧光磁粉无损检测，发现键表面存在大量平行排列的微裂纹，裂纹位置为键槽底部，方向沿花键轴旋转方向，初步判断为裂纹类缺陷，按照无损检测验收标准不允许存在。

1.2化学成分分析

从键槽部位切取一块样品，进行内部化学分析检测，结果如表1所示。结果表明，花键轴材料的化学成分符合GB/T 3077-2015合金结构钢中30CrMnTi组成要求，原材部分符合技术要求。

1.3金相分析

切取包含裂纹的键零件金相试样块，将试样磨抛好后置于金相显微镜下观察。结果发现，键表面裂纹呈沿晶分布，深度约0.19mm，如图3a）和b）所示。

初步分析：键表面裂纹呈沿晶分布，并存在脱碳迹象，较大可能为渗碳淬火前已存在或渗碳淬火中产生的裂纹。不能排除裂纹是因表面磨削加工过程应力过大，加上碳氮共渗过程表层氢引入，后续去氢、去应力不彻底，使用中产生延迟裂纹。

1.4渗层深度检测

对花键轴渗层进行显微硬度檢测，有效渗层深度为CHD=1.096mm，满足图纸要求渗层深0.8mm-1.2mm范围，检测结果见表2。渗层最高硬度值为61HRC，最低值52HRC。

2.结束语

（1）由上述检测结果分析，齿轮化学成分、渗碳深度及硬度符合技术要求，键表面存在裂纹，裂纹深度为0.19mm。由于该部件新制时均经过无损检测，故裂纹产生原因倾向于表面磨削加工过程应力过大，以及碳氮共渗后续去氢、去应力不彻底，在使用初期产生的延迟裂纹。

（2）花键轴裂纹深度较浅，均不超过渗层深度的五分之一，同时键槽根部平面不是受力部位，从受力分析角度，外力不存在明显加剧裂纹扩展的分力，对产品的使用性能无较大影响。

参考文献

[1]万升云.磁粉检测技术及应用[M].北京机械工业出版社，2018年：129-143GB/T 3481-1997.齿轮轮齿磨损和损伤术语[S]