汽車(chē)半軸斷裂失效分析

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1、汽車(chē)半軸斷裂失效分析賈西亞關(guān)同立長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司河北保定071000摘要在后期的制造過(guò)程中重點(diǎn)對(duì)影響汽車(chē)半軸斷裂的工藝的參數(shù)及工序進(jìn)行控制和監(jiān)控管理，以便降低失效的發(fā)生，減少事故的頻率，提高產(chǎn)品的整體品質(zhì)。.jyqkm，淬火層深度要求為4mm~7mm。本報(bào)告對(duì)失效半軸外觀進(jìn)行了檢查，對(duì)斷口進(jìn)行了宏微觀觀察，并對(duì)半軸的金相組織、硬度和化學(xué)成分進(jìn)行了檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上確定了半軸的斷裂性質(zhì)，并對(duì)其斷裂原因進(jìn)行了分析。2試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果2.1外觀檢查斷裂半軸結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。斷裂發(fā)生在半軸φ40mm的沿圓周方向的R角處，該部位為中頻感應(yīng)淬火區(qū)。為了方便

2、描述，將遠(yuǎn)離法蘭盤(pán)一端的斷口標(biāo)記為Ⅰ#斷口，其法蘭盤(pán)側(cè)的匹配斷口標(biāo)記為Ⅱ#斷口。半軸Ⅰ#斷口表面基本垂直半軸軸向，斷面平齊，未見(jiàn)明顯宏觀塑性變形。Ⅱ#斷口斷裂處R角處表面可見(jiàn)清晰的周向加工刀痕，半軸Ⅱ#斷面附近R角處可見(jiàn)裂紋貫穿半軸側(cè)表面。2.2斷口微觀觀察將Ⅰ#斷口用丙酮超聲清洗后放在掃描電鏡下進(jìn)行微觀觀察。Ⅰ#斷口斷裂起源于表面，為明顯的線源特征，源區(qū)可見(jiàn)較多的磨損痕跡；在擴(kuò)展中后期，可見(jiàn)疲勞條帶及磨損痕跡；較粗糙區(qū)Ⅱ可見(jiàn)韌窩和二次裂紋，為瞬斷區(qū)。Ⅰ#斷口斷裂起源于表面，呈線源特征，源區(qū)磨損嚴(yán)重；擴(kuò)展期可見(jiàn)疲勞條帶。2.3化學(xué)成分檢測(cè)平行于

3、半軸斷口表面取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。各元素含量均符合GB/T3077-1999標(biāo)準(zhǔn)要求，其中Mn含量稍偏上限。2.4金相組織觀察在φ40mm的半軸上距離斷口約15mm處的部位橫向取樣，磨制拋光腐蝕后在光學(xué)金相顯微鏡下觀察半軸橫截面金相組織；可見(jiàn)環(huán)形淬火區(qū)。在垂直Ⅱ#斷口表面截取縱向金相試樣，磨制拋光腐蝕后在光學(xué)金相顯微鏡下觀察半軸斷口附近縱截面金相組織；可見(jiàn)淬火區(qū)不均勻，大致呈三個(gè)不同的區(qū)Ⅱ特征：白亮區(qū)、光亮區(qū)和灰暗區(qū)。半軸R角區(qū)為非正常的淬火馬氏體組織，其中的光亮區(qū)形成了淬火裂紋；從主源附近淬火區(qū)和次源附近淬火區(qū)形狀差異及主源區(qū)光亮

4、區(qū)與灰暗區(qū)的界線延長(zhǎng)特征來(lái)看，主源區(qū)附近的光亮區(qū)可能沒(méi)有延長(zhǎng)到R角，這表明R角可能沒(méi)有形成完全的淬火馬氏體。2.5硬度檢查將金相試樣拋光進(jìn)行顯微硬度測(cè)試（載荷為500gf），并參照GB/T1172-1999換算成洛氏硬度。由測(cè)試結(jié)果可知，φ40mm軸桿部的心部及φ48mm側(cè)斷口處縱向試樣心部的硬度分散性較大，平均值為23HRC和23.5HRC，稍低于技術(shù)要求（24~32HRC）。對(duì)半軸斷口主源和次源附近的淬火層各區(qū)進(jìn)行顯微硬度測(cè)定?？梢?jiàn)光亮區(qū)的硬度最高，灰暗區(qū)次之，白亮區(qū)最低；這表明淬火層硬度不均勻，可能存在較大的應(yīng)力。2.6淬火層深度檢查采用

5、金相方法和硬度法測(cè)試斷裂半軸φ40mm軸桿部（距斷口下方15mm）處的淬火層深度（由表面至硬度變化為HRC40（381HV）處），半軸φ48mm側(cè)次源附近R角的淬火層厚度。可見(jiàn)，φ40mm軸桿部的淬火層深度約為4.8mm，半軸φ48mm側(cè)次源附近R角的淬火層深度約為3.5mm；技術(shù)要求φ40mm軸桿部及R角的淬火層深度為3.5mm~7mm，可知φ40mm軸桿部的淬火層深度滿足技術(shù)要求；半軸φ48mm側(cè)次源附近R角的淬火層深度低于技術(shù)要求。3分析與討論半軸斷口的宏微觀觀察結(jié)果可知，斷口表面宏觀未見(jiàn)明顯塑性變形，裂紋擴(kuò)展區(qū)平坦、可見(jiàn)疲勞弧線，微觀可

6、見(jiàn)疲勞條帶；由此推斷，半軸的斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂。金相組織檢查表明，斷口下方φ40mm半軸桿部的淬火層組織、深度及硬度符合要求；R角處存在淬火不當(dāng)導(dǎo)致組織不符合要求、硬度較低及出現(xiàn)淬火裂紋的現(xiàn)象；這使得半軸疲勞性能下降，引起早期疲勞斷裂，可能是半軸疲勞斷裂的主要原因。另外，40Cr鋼中的Mn元素可提高鋼的淬透性，但容易使鋼產(chǎn)生過(guò)熱傾向，并有回火脆性傾向。半軸金相斷裂處的直徑為φ40mm，相對(duì)較大，Mn元素略高時(shí)，可能使其更容易淬透，金相組織檢查未見(jiàn)組織粗大過(guò)熱特征，斷口未見(jiàn)沿晶脆性斷裂特征；這表明Mn元素比技術(shù)要求的略高，沒(méi)有使半軸產(chǎn)生過(guò)熱和回火

7、脆性，可能沒(méi)有對(duì)半軸產(chǎn)生較大的不利影響。綜上所述，半軸斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂；半軸疲勞斷裂主要與R角處淬火不當(dāng)引起主源，R角未形成淬火馬氏體、組織不符合要求、表面硬度較低及產(chǎn)生了淬火裂紋有關(guān)。材料心部組織狀態(tài)與技術(shù)條件要求的調(diào)質(zhì)狀態(tài)不一致及硬度偏低，使得半軸疲勞性能降低，促進(jìn)了疲勞斷裂，因此在后期的制造過(guò)程中重點(diǎn)對(duì)影響其工藝的參數(shù)及工序進(jìn)行控制和監(jiān)控管理，以便降低失效的發(fā)生，減少事故的頻率，提高產(chǎn)品的整體品質(zhì)。