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        汽車后橋半軸斷裂分析

        作者: admin發表時間: 2021-08-20 10:01:54
        摘要:
        通過硬度測定及金相檢驗,確認,汽車后橋半軸產生疲勞斷裂的原因系熱處理不當,使半軸的組織中出現較多的鐵素體,造成硬度和強度的不足而引起的。
        化學成分分析和硬度測定
        1.化學成分分析 (GB3077-881)。
        2.硬度測定 40CrZB/T21004-89《汽車半軸技術條件》標準,該軸經預調質后心部硬度為24^30HRC,中頻淬火處理后,桿部表面硬度52HRC3個硬度單位。實際檢驗結果,該半軸的硬度偏低。
        宏、微觀檢驗
        1.宏觀檢驗 斷裂產生于花鍵處,斷口呈菊花狀,整個斷面為倒圓錐形,裂紋最先在花鍵軸外側產生。心部區域,其顏色灰黑且無金屬光澤,為最終瞬時斷裂區。
        2裂紋分析
        (1)斷裂半軸基體夾雜很少,近裂紋兩側無夾雜,但裂紋內有氧化皮,因此不具備非金屬夾雜引起的裂紋特征;
        (2)裂紋兩側無脫碳,其線條平緩,尾部細長,不呈圓禿狀,排除由于原料本身有缺陷(白點、疏松、翻皮、皮下氣泡)引起的非淬火裂紋;
        (3)裂紋深度超過淬硬層,淬硬層內索氏體和屈氏體組織細小、均勻,排除由于淬火溫度過高等淬火不當引起的淬火裂紋。
        3顯微組織
        根據有關文獻,40Cr鋼經調質處理后未硬化層為屈氏體和索氏體組織,心部允許有鐵素體存在。
        在花鍵軸斷裂處取樣,光學顯微鏡下觀察,花鍵齒部組織為回火索氏體和回火屈氏體。半軸心部基體組織為索氏體,其上有沿晶界析出的網狀和針狀分布的鐵素體,黑色團狀物為屈氏體??梢婅F素體隨距花鍵底往心部的推移鐵素體含量逐漸增多。
        4討論
        根據成分分析可知,該半軸所用材料的化學成分符合標準GB3077-88中40Cr的成分要求,且鋼質純潔,故可以排除因材料錯用和鋼質不良而造成斷裂這一因素。
        半軸花鍵處的硬度檢驗結果表明,從心部到齒部的硬度值都明顯偏低。因為半軸的工作環境惡劣,又承受的是雙向交變扭轉應力,而花鍵軸又是力支點,故硬度不足就可能導致在各個凹槽的夾角處形成疲勞核心,并同時沿著士45o兩個側斜方向擴展,在軸的中央匯合,最終呈星形斷口。
        從顯微組織上看,半軸中含有較多的鐵素體,并沿晶界呈網狀和針狀析出。一般汽車半軸需要經調質處理,即將半軸加熱至Ac3+(30~50℃),保溫一段時間,然后以大于臨界冷卻速度冷卻,在不碰到C曲線鼻尖的情況下過冷奧氏體全部轉化為馬氏體。若冷卻速度小于臨界冷卻速度,將會產生一部分奧氏體向屈氏體和貝氏體轉變,且鐵素體將沿晶界優先析出,造成鋼件硬度、強度降低。出現這種情況的原因一般有兩種:一種是冷卻介質選擇不當;另一種是由于批量生產,裝爐量太多,零件堆積形成冷熱循環不良,使得C曲線偏左,淬火后勢必出現屈氏體和未溶化鐵素體組織。這種淬火組織中的未溶鐵素體是高溫回火無法去除的?;鼗鸬哪康闹饕谟谙慊鸺熬Ц窕兯a生的內應力,降低硬度,提高塑性和韌性,對已存在的鐵素體不會有什么變化。此半軸顯微組織中所出現的細網狀鐵素體也是在淬火后存在的組織。不同的是塊狀鐵素體是淬火溫度低和保溫時間不足,沒有充分奧氏體化所造成,而網狀鐵素體是在冷卻過程中由于冷卻速度較慢,鐵素體沿晶界優先析出之故。
        在調質鋼要求中,回火組織中是不允許有較多的游離鐵素體存在,尤其是沿晶界分布的細網狀游離鐵素體。它不僅使強度下降,而且直接影響疲勞斷裂。因為鋼件的破壞總是從強度較低的游離鐵素體開始的,尤其是在復雜交變應力下工作的鋼件,一但心部有游離鐵素體,在工作時鐵素體處于冷加工硬化狀態下,隨工作時間的延長,到一定限度就會由硬化發展到脆化,進而脆斷。另外,由于鐵素體和索氏體的強度和塑性變形的差異,鋼件在承受相同的應力時,產生不同的塑性變形,其在兩相鄰組分內,晶界部分產生較大的應力和變形,這種殘余應力和變形一旦超過鋼件的抗裂強度即引起晶界破裂,當繼續擴大則成為疲勞斷裂的主要根源。因此,半軸組織中存在的較多鐵素體是斷裂的根本原因。
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