摩擦焊对接接头断裂失效研究

连接轴是某工程机械装置中重要的连接零件,用于执行往复运动,驱动该工程机械完成相应工程作业。针对该工程机械新产品试制阶段连接轴断裂展开失效研究,通过断口形貌、化学成分、金相组织和硬度检测等分析手段,明确了该连接轴断裂的原因。该连接轴断裂失效模式属于早期脆性断裂,断裂的根本原因为铸造内部存在严重碳偏析缺陷。碳偏析缺陷使得连接轴内部片层状珠光体基体上产生大量的渗碳体颗粒物,并聚集形成通道状组织形貌。随后在头部与杆部通过摩擦焊工艺进行连接后,连接轴摩擦焊区域被加热至奥氏体化温度以上再冷却,由于含碳量较高,碳偏析位置在摩擦焊后形成大量高应力的针状马氏体,与周边不规则分布的板条马氏体+屈氏体+残余奥氏体混合组织形成较大的硬度梯度。而摩擦焊工艺中快热快冷使连接轴的部分碳偏析区域产生的针状马氏体具有较大的组织应力,随着其组织应力的逐渐释放,在连接轴内部针状马氏体组织中萌生早期微裂纹,并在服役过程中扩展,在外加载荷的作用下,形成宏观断口裂纹源,最终导致该连接轴断裂。