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某化工反应器入口端转轴在连续服役5年后发生开裂失效。本论文以失效的转轴为研究对象,通过对失效转轴外表面裂纹形貌特征、裂纹宏微观断口形貌观察分析确定转轴的失效模式。对开裂失效转轴不同区域的微观组织和相组成特征进行测试分析,结合开裂失效转轴的断口特征确定该失效转轴的失效原因。基于Ansys Workbench有限元软件,对转轴进行静力结构分析,并尝试模拟计算转轴内组织应力,以确定导致转轴开裂失效的力学因素。综合实验分析研究结果以及有限元分析结果如下:1)转轴存在2处裂纹源S1、S2且裂纹源均位于O型环槽圆角根部,裂纹源区域未发现冶金、锻造缺陷。裂纹扩展形成了表面四条轴向裂纹、两条横向裂纹和两条偏向裂纹,次表层环向裂纹。第一轴承的内圈和外圈均出现了轴向开裂。转轴和第一轴承的失效性质属于脆性断裂。2)失效转轴固溶后经历了短时的时效硬化处理。外侧黑色区域(约≤0mm)为过时效区,其金相组织由回火马氏体及呈纵向分布的条状δ铁素体构成;在时效硬化峰值区的次表层(30-60mm)和心部基体(≥60mm)由回火马氏体及呈纵向分布的条状δ铁素体构成,马氏体回火程度相对表层较低。该轴表层和心部基体的晶粒较粗大(1-2级)。3)在该件转轴裂纹源区外表层(约<3 0mm)硬度为36.0-37.5HRC,其下的次表层硬度为38.5-41.5HRC,心部基体硬度为36.0-38.5HRC,三个区域硬度均符合技术要求(≥32HRC)。组织及硬度差异应是时效过程加热时间较短,时效期间轴内部基体和外层温差较大所致。4)第一轴承外圈材料与内圈材料不同,均与技术要求的轴承钢E52100材质不相符。内圈和外圈的平均基体硬度分别为58.7HRC和60.2HRC,符合一般轴承的硬度要求。第一轴承内圈和外圈的组织较均匀,均由较细的回火马氏体构成。轴承内、外套圈的裂纹源区均未出现冶金缺陷和锻造缺陷。5)有限元模型在加载弯曲载荷最大应力值达到428MPa,组织应力对裂纹启裂有一定影响,在加载弯曲扭转载荷及组织应力的情况下,应力最大值均出现在裂纹源区域,但不足以引起转轴迅速脆性开裂失效,应还存在异常载荷,在共同作用下引起转轴开裂失效。