机械装备失效分析小课堂——服役过程中的失效案例分析(3)

图3 失效齿轮轴断口和剖面试样微观形貌及有限元模拟结果 [转载出处：www.11jj.com]

齿轮轴轮齿断口高倍SEM形貌可见疲劳辉纹和大致平行的二次裂纹，见图3a)，可见该断齿失效模式为疲劳断裂；根据断齿部分剖面金相试样上靠近断裂面的次生裂纹特征判断，疲劳起源于齿的内部，向节圆和齿根两个方向扩展，如图8b)中箭头所示；在断口剖面试样上观察到尺寸较大的异物，如83c)中箭头所示；经EDS分析，该异物主要成分(质量分数/％)为：72.16Al，13.50O，6.62Fe，4.70Ca，1.39Mg，见图8d)，e)，可见断口上的异物主要成分为铝，其含量较高，不是材料中的正常元素，是冶炼过程中进入钢液中的外来物。

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对齿轮服役过程中的受力情况进行有限元模拟，发现正常情况下，齿根部位受到的拉应力最大，传递力矩的节圆面部位承受压应力，见图3f)。可见正常情况下，断裂应该从齿根开始。但实际断裂起源于齿的内部，说明齿的内部存在某种薄弱环节或异常现象。齿面部位检测到较大尺寸的富铝异物，是冶炼过程中进入钢液中的外来物，为原材料缺陷，对基体具有分割作用，同时也形成了明显的应力集中，在齿轮较长时间的服役过程中，充当了裂纹源，引发了疲劳断裂失效。

腐蚀失效诊断举例案例1：高铁联轴器内壁腐蚀(缝隙腐蚀)

图4 失效联轴器宏、微观形貌

高铁联轴器内壁和电机轴为过盈配合，使用一段时间后，在齿轮轴端和电机轴端出现两道颜色较深的呈周向分布的印痕，两道印痕的位置分别靠近两个轴的端头部位，见图4a)~c)。

SEM形貌观察发现具有点腐蚀特征，腐蚀较严重的区域，点腐蚀坑已连在一起，点腐蚀坑中存在异物，见图4d)。