汽车前轴

1．4化学成分分析
• 对前轴断口I、Ⅱ、Ⅲ区域分别进行化学成 分检测，结果均符合50钢(GB／T699．88) 的成分纹起源位置I区与Ⅱ、Ⅲ区，在化学 成分上并不存在明显差异。
1．5硬度检测
• 在贯穿裂纹起源I区的一条直线上以1 mm为 间隔取20个点进行硬度检测。检测结果见 表1。硬度也符合50钢(GB／T699-88)的要 求。
3 结论与建议
• (1)前轴调质处理不良，导致材料性能严重下降。 应适当调质。 • (2)裂纹从心部起源，然后疲劳扩展，在疲劳展区 发展到约4,8mill后，快速失稳扩展．在间内断 裂．前轴断裂的宏观与微观特征均是脆性断裂特 征。前轴裂纹从心部起源怀疑为心部存在严重的 内应力所致。前轴使用前应做好监测，以避免已 存在的裂纹源；做好回火以避免应力集中，而致 使产生新的裂纹源。
1．6力学性能检测
• 在上述检测中均未发现裂纹起源区域I与其他区域 的差异．为了解裂纹起源于I区的原因．又做了拉 伸与冲击试验。分别在前轴的I区与其他区取样， 分别编号为a,b。同时为了研究不良热处理工艺对 材料力学性能的影响。又在前轴I区以外的其他区 域取样重新进行热处理，热处理工艺为860℃保 温30 min淬火+540℃回火4 h．来模拟正常生产工 艺，处理后再做拉伸和冲击试验，编号为c。试验 结果见表2。
汽车前轴断裂失效分析
• 前言：我公司多种重型载货车的中二桥前 轴在车辆行驶过程中发生断裂。本文检测 分析了其中一件断裂前轴。前轴材料为50 钢(GB／T699．88)；锻造后正火、调质处 理；锻造时绝对不得过烧；零件无裂纹及 有害缺陷：晶粒度5--8级；去飞边不得有台 阶；硬度要求23～30HRC。
• 在三个冲击试样上取样磨制后观察金相组 织．试样a,b的组织均为珠光体十魏氏倾向 的网状铁体，晶粒度O～4级，有混晶，与 之前的检测结果一致。试样c的组织为回火 索氏体，见图6，为正常调质处理组织。
2失效原因分析
• 前轴在车辆行驶过程中受到垂直交变载荷的作用，使前轴 发生交替的弯曲形变，在这种工况下前轴易发生疲劳断裂。 但前轴应力最大处为前轴上下表面，而几次事故均是从前 轴中心偏上处萌生裂纹，之后快速扩展，脆性断裂。裂纹 快速扩展可以推断是由非wk.baidu.com常热处理工艺使材料脆性增加、 冲击韧度明显降低导致的。但是心部裂纹起源区域与其他 区域的成分、组织均一致。未见任何缺陷。结合前轴的生 产工艺推断裂纹起源于心部的原因为加工过程中使其心部 区域出现内应力，导致使用过程中在内、外应力的双重作 用下裂纹起源于心部。由于试验条件限制无法检测内应力， 故只能作为推断。
目录
• 1 检测分析 • 2失效原因分析 • 3 结论与建议
1 检测分析
• • • • • • 1．1宏观分析 1．2扫描电子显微镜分析 1． 3金相检测 1．4化学成分分析 1．5硬度检测 1．6力学性能检测
1．1宏观分析
• 前轴断口宏观形貌如图1所示，断口表面粗糙不平，有明 显的放射纹，见图2，为典型的脆性断口。断口可以分为 三个区域【l】：中心偏左约4,8 I姗的明显灰黑色平坦区域 I：中间位置大片深灰色污染区域Ⅱ；以及断口两侧的银 白色区域IⅡ，见图2中标注。由于断口放射纹收敛于I区， 可以判断裂纹是起源于I区的。图2中的白色箭头所示方向 为裂纹扩展方向。当裂纹扩展到工字梁两侧最窄处开放后 有污染物沿着裂纹渗入，形成Ⅱ区。前轴有效承载面积逐 渐减小，最后过载断裂．ⅡI区为最后断裂形成的静断区。 • 怀疑I区存在偏析、疏松、缩孔、气泡或低倍夹杂等缺陷 导致裂纹起源于I区。但对前轴截面进行低倍组织缺陷检 测时未见异常。裂纹起源于I区的原因还有待查明。
1．2扫描电子显微镜分析
在扫描电镜下观察断口。中心I区微观形貌脆性疲劳断裂特征，见图3(a)，Ⅱ、 Ⅲ区均为解理裂形貌，见图3(b)。整个断口在微观上明显为脆断裂。
1． 3金相检测
• 观察断口I、Ⅱ、Ⅲ区域内的显微组织，发现没有 明显区别，结果见图4。从图中可看出，前轴金相 组织为珠光体+网状铁素体及针状铁素体。晶粒度 O～4级，有混晶。根据GB/Tl7107—1997中轴必 须进行调质处理，其组织应为回火索氏体[2]。经 调查发现此前轴供应商因更改工艺参数。导致调 质处理加热时跑温。因此可确定该前轴未按规定 工艺进行热处理，导致组织出现了不应有的网状 和针状铁素体【3】，并且晶粒粗大。
参考文献：
• 【1】 王红梅，胡本洋，张伟，等．微车用发动 机曲轴断裂分析【J】热加工工艺，2009，38(i7)： 148．149． • 【2】 胡光立，谢希文．钢的热处理(原理和工艺) 【M】．西安：西北业大学出版社．2004．213244 • 【3】 冶金工艺信息标准研究院冶金标准化研究 所．金属材料金相热处理检验方法标准汇编 【M】． 北京：中国标准出版社，2007．320— 343．
• 对比试样a、b可以看出，I区的塑性和抗冲 击能均比其他区域差，这进一步证实裂纹 是起源于力学性能较差的I区。 • 对比试样c与试样a、b可以看出。未重新调 质理的前轴样品的力学性能表现出明显的 脆性。图5冲击试验的样品断口可以明显看 到试样a,b的断比试样c的断口更脆。可以判 断材料的性能恶化是调质处理不良导致的。