某汽车轮毂单元断裂分析

某汽车轮毂单元断裂分析

作者：耿建峰郭市浩

来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2015年第07期

摘要：对轮毂单元轴断口进行了宏微观观察，对材料的显微组织进行了分析，并进行了淬火回火热影响区层深度、显微硬度、R角大小测量，确定了轮毂单元轴的断裂性质，分析了断裂原因。

关键词：轮毂单元轴；正火；显微硬度；断裂

1 概述

某车型行驶过程中，左后轮毂单元发生断裂。该轮毂单元轴所用材料为S55C钢，经锻造、正火、车加工、高频感应淬火、回火和磨加工制备而成。锻造加热温度为1140～1220℃；正火过程为先在870℃预热，加热到890℃一定时间后，风冷至580℃，保温一定时间后冷却至室温，正火后的硬度要求为HB180～240，表面层进行淬火和低温回火，淬火层的深度要求为1.5～3.0mm，淬火后的回火温度为160℃。

本报告对轮毂单元及轮毂单元外法兰外观进行了检查，对轮毂单元轴断口进行了宏微观观察，对材料的显微组织进行了分析，并进行了淬火回火热影响区层深度、显微硬度、R角大小测量，确定了轮毂单元轴的断裂性质，分析了断裂原因。

2 试验过程与结果

2.1 宏观观察

轮毂单元断裂试样见图1，轮毂单元轴沿R角部位发生断裂，呈倾斜断口，未见明显宏观塑性变形。

图1 断裂轮毂单元外观

断口分为形貌差异明显的2个区域：周边环形带状区为浅灰色，较平整，有明显人字纹，人字纹收敛处为裂源，该位置可观察到两处小线源；中心区域呈深灰色，较粗糙且凹凸不平，呈快速失稳扩展形貌特征，中心区可见层片状形貌，断口粗糙程度沿裂纹扩展方向至中心区后部逐渐增大。

2.2 断口微观观察

将一侧断裂轴从轮毂单元上切取，对断口超声清洗后在扫描电镜下进行微观观察。轴从根部R角处开始起裂，裂纹源位于断口周边环形带状区的边缘，沿环形带状区周向和中心区径向扩展。图2为源区微观形貌，图中可见明显由裂纹源向外出发的放射棱线，源区被磨损，断口靠近源区位置形貌以韧窝为主，可见少量沿晶特征。

（a）低倍形貌（b）磨损区域（c）高倍形貌

图2 1#源区微观形貌

图3是两处线源之间断口边缘位置，可见剪切唇形貌，且观察到一处裂纹，裂纹附近均为韧窝形貌，该处应为轴在受到较大应力作用下断裂过程中产生的二次裂纹。环形淬火区域内的扩展区为韧窝形貌，沿放射棱线方向由淬火影响区过渡到中心位置，断口微观形貌由韧窝变为解理+韧窝形貌，局部存在二次裂纹。

（a）剪切唇及裂纹（b）淬火位置（c）淬火与中心位置

形貌扩展区过渡区

图3 扩展区形貌

图4是断口末端微观形貌，心部正火区扩展后期为解理+韧窝形貌，环形淬火区靠近心部区域为解理及韧窝形貌，边缘处呈沿晶+韧窝特征。

（a）中心位置（b）淬火与中心（d）环形位置

后期形貌位置过渡区断口末端

图4 断口末端形貌

2.3 金相分析从轮毂单元断裂轴的断口下方沿径向（平行于断口方向）切取并磨制金相试样，腐蚀后进行观察。表面淬火回火区为低温回火马氏体组织，深度约为2.50mm；过渡区为块状铁素体及类似回火索氏体的组织，局部隐约可见珠光体形貌，深度约1.15mm；心部组织为珠光体和铁素体，铁素体呈网状分布。

2.4 硬度测量沿轮毂单元轴的径向制取试样进行显微硬度测量，心部硬度为HB204，淬火回火区层的硬度为HRC61。

2.5 R角尺寸测量对轮毂单元轴的R角完好区域进行尺寸测量，测量结果表明R角尺寸约为1.3mm，大于技术要求的1mm。

3 分析与结论

对断裂轮毂单元轴进行宏微观观察表明，轮毂单元轴沿R角部位发生断裂，这是因为 R 角是应力集中部位，外力作用下，容易发生断裂。断口宏观未见明显塑性变形，源区附近及淬火回火层的大部分区域为沿晶+韧窝或韧窝形貌，由淬火回火层向心部过渡，断口形貌由韧窝过渡为解理+韧窝，心部为解理断裂特征，撕裂棱处为韧窝。断口微观主要呈沿晶和解理特征，整体呈过载断裂特征。

金相组织分析表明表面轮毂单元轴淬火回火区为低温回火马氏体组织，过渡区为块状铁素体及类似回火索氏体的组织，局部隐约可见珠光体形貌，心部组织为珠光体和铁素体，组织未见异常。

硬度测试结果表明，沿轮毂单元轴的径向制取试样，心部硬度为HB204，符合技术要求规定的HB180～240；淬火回火区层的硬度为HRC61，符合技术要求的HRC58～63。

R角尺寸约为1.3mm，大于技术要求的1mm，由于轮毂单元轴从R角处断裂，R角处在断裂过程中可能产生一定程度的塑性变形，因此其尺寸测量结果仅作为参考。

综上所述，轮毂单元轴断口断裂性质为过载断裂，源区未见冶金缺陷，心部组织及硬度未见明显异常。分析认为，轮毂单元轴断裂原因主要是由于受到较大冲击载荷，使得在具有应力集中的R角发生过载断裂。