1、起动电机GCr1 5 花键轴断裂分析程相飞（空装驻无锡地区第二军事代表室，江苏 无锡214063）摘要针对起动电机的花键轴断裂故障，通过对断裂花键轴进行宏微观观察、金相检测以及硬度测试，并选取完好花键轴进行对比分析以及扭转试验验证。结果表明：花键轴断裂性质为承受拉、扭复合应力的过载断裂；花键轴硬度较高、扭转强度及塑性较低是导致其过载断裂的主要原因；鉴于花键轴硬度较高、抗冲击性能较差，建议准确控制回火温度，将花键轴硬度控制在设计要求的下限，或对螺纹进行局部回火以提高螺纹位置扭转强度及塑性，可以避免类似故障发生。关键词花键轴；GCr15；过载；硬度；扭转中图分类号 V233;TG115 文献标志码
2、 A doi：10.3969/j.issn.1673-6214.2023.03.009文章编号 1673-6214(2023)03-0196-05Fracture Analysis of GCr15 Spline Shaft in Starter GeneratorCHENGXiang-fei(TheSecondMilitaryRepresentativeOfficeofAirCargoinWuxi,JiangsuWuxin214063,China)Abstract:Thesplineshaftofastartergeneratorfracturedduringservice.Inordert
3、ofindoutthefailuremodeandcause,macroandmicroobservation,metallurgicalstructureanalysis,hardnesstesting,comparativeanalysiswithintactservicedsplineshaftandapprovingtorsiontestwerecarriedout.Thecomprehensiveanalysisresultsshowthatthefracturemodeofthesplineshaftisoverloadunderthecombinedtensileandtorsi
4、onalstress.Themainfracturecausingofthesplineshaftisthehigherhardness,lowertorsionalstrengthandplasticity.Inviewofthehighhardnessandpoorimpactresistanceofthesplineshaft,itissuggestedtoaccuratelytailorthetemperingtemperaturetocontrolthehardnessofthesplineshaftatthelowerlimitofthecurrentdesignrequireme
5、nts,orlocal-lytemperthethreadtoimprovethetorsionalstrengthandplasticityofthethreadposition,whichcouldpreventsuchfailuresoccur.Key words:splineshaft;GCr15;overload;hardness;torsion0引言起动电机是航空发动机的重要部件。在发动机起动时，起动电机的花键轴带动发动机转子转动以提供初始动力 1。其中，花键传动轴是起动电机的核心部件，其在使用过程中的主要作用是传递扭矩，因此对其选材提出的性能要求为高强度、高硬度、高耐磨性和高冲击
6、韧性 2。GCr1 5 钢是一种使用广泛的高碳铬轴承钢，经热处理后具有良好的耐磨性、较高的硬度和较高的抗疲劳性等优点，被广泛应用于高精密的传动花键轴、轴承等工业领域 3-4。GCr1 5 轴承钢的硬度与其接触疲劳强度、耐磨性、疲劳极限有着密切的关系，直接影响材料的使用性能。同时，GCr1 5 钢中碳化物的尺寸及分布等对材料的力学性能和疲劳寿命有较大影响，尺寸较大的碳化物往往成为疲劳失效的裂纹源区，因此大量的研究人员开展相关热处理工艺研究，以期获得含细小、均匀分布碳化物的轴承钢 5-8，而GCr1 5 轴承钢相关零部件的断裂分析研究鲜少见报道。起动电机在外场起动10 余次后发现花键轴断裂，此后连续多件花键轴在工作早期发生断裂。断裂花键轴材料为GCr1 5 轴承钢，最终热处理工艺为850 1h（油淬）+180 4h（空冷），材料硬度要求为HRC5864。本研究对起动电机花键轴断裂故障进行分析，查明花键轴断裂原因，为优化材料综合性能的设计选择和控制，提高飞行安全水平，为防止同类故障的再次发生提供重要保障。收稿日期 2022 年12 月29 日 修订日期 2023 年3 月10 日作者简介 程相飞（197 8 年），男，工程师，主要从事航空发动机及其部件质量监督和故障分析等方面的研究。2023 年 6 月第 18 卷第 3 期失效分析与预防June，2023Vol.18，No.3
