Sachverhalt: A. X._ wird vorgeworfen, im Januar oder Februar 2004 gegen den Willen von Y._ an ihr den Geschlechtsverkehr vollzogen zu haben. Am 2. September 2007 habe X._, als sich Y._ bei Nachbarn aufgehalten habe und sich seiner Forderung, sofort nach Hause zu kommen, widersetzt habe, allen Anwesenden erklärt, er werde sie umbringen. Er habe die Drohung wiederholt, nachdem ihn die Nachbarn aufgefordert hätten zu gehen. Daraufhin sei sie nach Hause gegangen. Am selben Abend habe ihr X._ gegen ihren Willen die Hosen ausgezogen, ihre Beine auseinandergedrückt, sie an den Haaren gepackt und ihr Gesicht ins Kissen gepresst. Anschliessend sei er gegen ihren Willen in sie anal eingedrungen. Als sie geschrien habe, habe er erneut ihr Gesicht ins Kissen gedrückt und ihr gesagt, er werde sie umbringen. Am 3. Januar 2010 habe X._ der gemeinsamen Tochter erklärt, er werde ihre Mutter und deren neuen Lebenspartner umbringen. Die Tochter habe dies nach ihrer Rückkehr der Mutter mitgeteilt, welche es ihrem Lebenspartner weitergesagt habe. Beide hätten sich dadurch in ihrem Sicherheitsgefühl massiv eingeschränkt gefühlt. B. Das Obergericht des Kantons Zürich verurteilte X._ zweitinstanzlich wegen Vergewaltigung, sexueller Nötigung, mehrfacher Nötigung und Drohung zu einer Freiheitsstrafe von 4 Jahren. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt zur Hauptsache, das angefochtene Urteil sei teilweise aufzuheben und die Sache an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege.