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              汽车后桥半轴断裂分析
              发布日期:2021-03-31 11:04:19
              【摘要】: 摘要: 通过硬度测定及金相检验,确认,汽车后桥半轴产生疲劳断裂的原因系热处理不当,使半轴的组织中出现较多的铁素体,造成硬度和强度的不足而引起的。 化学成分分析和硬度测定 1.化学成分分析 (GB3077-881)。 2.硬度测定 40CrZB/T21004-89《汽车半轴技术条件》标准,该轴经预调质后心部硬度为24^30HRC,中频淬火处理后,杆部表面硬度52HRC3个硬度单位。实际检验结果,该...
              摘要:
              通过硬度测定及金相检验,确认,汽车后桥半轴产生疲劳断裂的原因系热处理不当,使半轴的组织中出现较多的铁素体,造成硬度和强度的不足而引起的。
              化学成分分析和硬度测定
              1.化学成分分析 (GB3077-881)。
              2.硬度测定 40CrZB/T21004-89《汽车半轴技术条件》标准,该轴经预调质后心部硬度为24^30HRC,中频淬火处理后,杆部表面硬度52HRC3个硬度单位。实际检验结果,该半轴的硬度偏低。
              宏、微观检验
              1.宏观检验 断裂产生于花键处,断口呈菊花状,整个断面为倒圆锥形,裂纹最先在花键轴外侧产生。心部区域,其颜色灰黑且无金属光泽,为最终瞬时断裂区。
              2裂纹分析
              (1)断裂半轴基体夹杂很少,近裂纹两侧无夹杂,但裂纹内有氧化皮,因此不具备非金属夹杂引起的裂纹特征;
              (2)裂纹两侧无脱碳,其线条平缓,尾部细长,不呈圆秃状,排除由于原料本身有缺陷(白点、疏松、翻皮、皮下气泡)引起的非淬火裂纹;
              (3)裂纹深度超过淬硬层,淬硬层内索氏体和屈氏体组织细小、均匀,排除由于淬火温度过高等淬火不当引起的淬火裂纹。
              3显微组织
              根据有关文献,40Cr钢经调质处理后未硬化层为屈氏体和索氏体组织,心部允许有铁素体存在。
              在花键轴断裂处取样,光学显微镜下观察,花键齿部组织为回火索氏体和回火屈氏体。半轴心部基体组织为索氏体,其上有沿晶界析出的网状和针状分布的铁素体,黑色团状物为屈氏体。可见铁素体随距花键底往心部的推移铁素体含量逐渐增多。
              4讨论
              根据成分分析可知,该半轴所用材料的化学成分符合标准GB3077-88中40Cr的成分要求,且钢质纯洁,故可以排除因材料错用和钢质不良而造成断裂这一因素。
              半轴花键处的硬度检验结果表明,从心部到齿部的硬度值都明显偏低。因为半轴的工作环境恶劣,又承受的是双向交变扭转应力,而花键轴又是力支点,故硬度不足就可能导致在各个凹槽的夹角处形成疲劳核心,并同时沿着士45o两个侧斜方向扩展,在轴的中央汇合,最终呈星形断口。
              从显微组织上看,半轴中含有较多的铁素体,并沿晶界呈网状和针状析出。一般汽车半轴需要经调质处理,即将半轴加热至Ac3+(30~50℃),保温一段时间,然后以大于临界冷却速度冷却,在不碰到C曲线鼻尖的情况下过冷奥氏体全部转化为马氏体。若冷却速度小于临界冷却速度,将会产生一部分奥氏体向屈氏体和贝氏体转变,且铁素体将沿晶界优先析出,造成钢件硬度、强度降低。出现这种情况的原因一般有两种:一种是冷却介质选择不当;另一种是由于批量生产,装炉量太多,零件堆积形成冷热循环不良,使得C曲线偏左,淬火后势必出现屈氏体和未溶化铁素体组织。这种淬火组织中的未溶铁素体是高温回火无法去除的。回火的目的主要在于消除淬火及晶格畸变所产生的内应力,降低硬度,提高塑性和韧性,对已存在的铁素体不会有什么变化。此半轴显微组织中所出现的细网状铁素体也是在淬火后存在的组织。不同的是块状铁素体是淬火温度低和保温时间不足,没有充分奥氏体化所造成,而网状铁素体是在冷却过程中由于冷却速度较慢,铁素体沿晶界优先析出之故。
              在调质钢要求中,回火组织中是不允许有较多的游离铁素体存在,尤其是沿晶界分布的细网状游离铁素体。它不仅使强度下降,而且直接影响疲劳断裂。因为钢件的破坏总是从强度较低的游离铁素体开始的,尤其是在复杂交变应力下工作的钢件,一但心部有游离铁素体,在工作时铁素体处于冷加工硬化状态下,随工作时间的延长,到一定限度就会由硬化发展到脆化,进而脆断。另外,由于铁素体和索氏体的强度和塑性变形的差异,钢件在承受相同的应力时,产生不同的塑性变形,其在两相邻组分内,晶界部分产生较大的应力和变形,这种残余应力和变形一旦超过钢件的抗裂强度即引起晶界破裂,当继续扩大则成为疲劳断裂的主要根源。因此,半轴组织中存在的较多铁素体是断裂的根本原因。
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