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应用方案

一、引言

联轴器是用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中,联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

图1为某公司委托送检的伺服马达联轴器,该联轴器在安装过程中本体开裂失效。为查找其开裂失效原因,本实验室对其做了一系列的理化分析与检验。

客户提供之材质信息:本体材质为压铸铝合金ADC12,表面镀化镍。

图1:失效样品图片

二、检测分析结果

㈠断口分析

以扫描电镜SEM观察断口形貌,分析断口特征及其失效模式:

 其中图2(a)为低倍图片,整个断口无宏观塑性变形特征,为典型的脆性断裂,断口表面存在大量孔洞,放大后如图2(b),根据孔洞形貌特征,推测应为铸造缩孔。



图2:断口图片(左a右b

㈡切片分析

将样品制作切片(切片取样位置参见图4),经镶嵌、研磨、抛光后,以金相显微镜分析断口部位基材内部结构特征:

(1)样品表面局部存在微裂纹,微裂纹表面可见镀镍层(图4),表面在电镀前此处已存在微裂纹,微裂纹可能为表层缩孔所致,易发展成裂纹源;

(2)基材内部存在较多缩孔及疏松缺陷(图5);

(3)基材内部存在大量粗大针状及块状初晶相,粗大针状初晶相割裂了基体的连续性,易引起应力集中,导致力学性能恶化,尤其是塑性的降低更为显著。

 

图3:切片分析位置



 图4:切片分析取样说明及分析

㈢金相分析

将切片用混合酸溶液侵蚀后,以金相显微镜分析样品的金相组织:

金相分析图片参见图6,其中白色枝晶块状为初生α固溶体,基体为α+Si共晶体,根据EDS测试结果,亮灰色粗大针状初晶相主要为Al-Fe-Si杂质相(应为初晶β相Al9Fe2Si2),亮灰色块状初晶相主要为Al-Fe-Si-Mn-Cu-Cr相。

 

图6:金相组织

 

图7:形貌及成分测试位置(1000×)


表1:EDS测试结果(wt %)

㈣材质分析

将样品表面镀层用研磨方法去除,采用火花原子放射光谱仪Spark-AES对样品基材材质成分进行分析,测试结果参见表2,ADC12成分规格参见表3:

与ADC12规格比较,Fe含量偏高。Fe是降低Al-Si系合金力学性能的主要元素,Fe在合金中形成的针状β(Al9Fe2Si2)相随含Fe量的增加而长大,显著降低力学性能。     


 表2:材质成分测试结果(wt%)  

 

表3:压铸件ADC12成分规格(JIS H 5302-2006)

三、结论

断口为脆性断裂,断口表面存在大量缩孔;

样品表面局部存在微裂纹,应为为表层缩孔所致,易发展成裂纹源导致断裂;

另外,基材Fe含量较高,内部存在大量粗针状β(Al9Fe2Si2)相及缩孔等缺陷,影响了基体组织的连续性,导致力学性能恶化。

四、改善建议

 1、改善压铸工艺,减少缩孔特别是表面缩孔等缺陷;

 2、严格控制铸件Fe含量,避免出现过多粗针状杂质相。