Failure analysis of tower axle in the wet drawing machine

Applied Mechanics and Materials Vols. 395-396
785

---

As shown in Fig. 6, the red circle dotted line indicates hardness change trend of 40Cr axle after 
the quenched and tempering treatment. It can be seen that hardness change trend from edge to 
center of 40Cr axle basically follows basic unit linear equation, subcenter hardness is 225 HB and 
that is the maximum. Edge and center hardness are a little smaller than subcenter hardness. The 
hardness of the subcenter is 220 HB.As can be seen from hardness change trend of the shaft, 
hardness from edge to the center changes little. Brinell hardness maintains at around 220 HB and 
complies with the standards for using axle. 
1
2
3
18 0
20 0
22 0
befor e qu enc hed a nd tem p er ed t rea tm e nt
aft er q ue nch ed an d te m pe red treatm ent
Br
in
el
l 
ha
rd
ne
ss
/
Br
in
el
l 
ha
rd
ne
ss
/
Br
in
el
l 
ha
rd
ne
ss
/
Br
in
el
l 
ha
rd
ne
ss
/H
BHBHBHB
Divisi on of area of the sh aft
Divisi on of area of the sh aft
Divisi on of area of the sh aft
Divisi on of area of the sh aft
edge of axis
edge of axis
edge of axis
edge of axis subcenter of axis
subcenter of axis
subcenter of axis
subcenter of axis center of axis
center of axis
center of axis
center of axis
Fig. 6 Hardness value of each part in 40Cr steel before and after quenched and tempered treatment 
Conclusions 
(1) Fracture of tower axle belongs to brittle fracture. 
(2) Content of inclusions of steel is more, and composition is complex. They destroy the 
continuity of matrix, and cause stress concentration. They are also easy to produce micro-cracks in 
the direction of the inclusions, reduces the mechanical properties, fracture shaft when the axle is 
carried on the machining and in use. 
(3) Improper quenched and tempered processing technologies cause more reticular and blocky 
ferrite in the steel. High percentages of ferrite make strength and fatigue performance of steel 
degradation, and directly affect the shaft fatigue fracture problems. 
References 
[1] S.K. Lee, S.B. Lee, B.M. Kim: Journal of Materials Processing Technology Vol.210 (2010), 
p.776-783. 
[2] Y.S. Hong, A.G. Zhao, G.A. Qian, C.G. Zhou: Metallurgical and Materials Transactions A 
Vol.43 (2012) , p.2753-2762. 
[3] K. Shiozawa, L. Lu, S. Ishihara: Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 
Vol.24 (2001), p. 781–790. 
[4] K.Y. Shi, S.B. Hu, L.J. Liang: Journal Vol.47 (2012), p.720-729.
[5] A. P. Gulyaev, V. N. Zikeev, Yu. V. Kornyushchenkova, S. V, Zemskii: Metal Science and 
Heat Treatment Vol.34 (1992), p.500-504. 
[6] P. Fu: Journal of mechanical engineering and automation Vol.132 (2005), p.110-112. 
[7] I. Ya. Sokol, E. P. Kapustina, G. N. Korneev: Metal Science and Heat Treatment Vol.22
(1980), p.429-432. 
[8] J. D. Boyd: Metallurgical Transactions A Vol.7 (1976), p. 1577-1586. 
[9] T. Akbay, C. Atkinson: Journal of Materials Science. Vol.31 (1996), p. 5004. 
[10] C.Y. Zhang, F. X. Li, B. Wang: Journal of Materials Science. Vol.48 (2013), p. 4446-4451.