40Cr钢汽车半轴断轴原因分析

40Cr钢汽车半轴断轴原因分析

司瑞师1,2 ,刘春宇1,2, ,周攀1,2, ,陈美姣1,2

1、承德建龙特殊钢有限公司  承德  067000

2、河北省半钢水冶炼高洁净高品质特殊钢重点实验室承德  067000

摘要  某半轴厂生产的半轴在装车后发生早期断裂事故，取断裂半轴分析断裂原因：采用化学成分分析、硬度测试、显微组织分析以及扫描电镜断口微观分析等技术，分析了该半轴断裂的主要原因。结果表明：材料中存在夹杂物导致半轴应力集中，在夹杂物处产生裂纹源；热处理效果较差，加大半轴裂纹扩展速率，导致装车半轴提早断裂。

关键词:半轴；夹杂物；断裂

汽车半轴采用材料为40Cr钢，半轴装车后行驶约1.4万公里后发生断裂，半轴生产工艺：下料-中频感应加热（1150℃）-楔横轧-摆碾法兰盘-调质（淬火840℃,12分钟；高温回火，600℃,2小时）-机加工-杆部中频感应淬火-低温回火-磁粉探伤-成品。为分析半轴发生断裂原因，取断裂半轴试样进行以下检验分析。

1、理化检验

1.1宏观形貌

由断轴宏观形貌可看出，半轴断裂位置为轴部位置，由于轴断裂后主轴继续旋转，边缘有部分断裂特征被摩擦消除，断口有明显的裂纹源以及贝纹线痕迹,断口以裂纹源为发起点，向四周扩展，见图1。

图1 断裂半轴宏观形貌

1.2化学成分检验

在断轴上切取试样进行化学成分检验,根据检验结果,断轴化学成分满足标准GB/T3077-2015中对合金结构钢成分要求,判定化学成分合格，检验结果见表1。

表1 化学成分(质量分数)          (%)

1.3材料金相检验

    在半轴断裂硬化层过渡区域进行显微组织检验，将试样抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀后进行观察，可见硬化层区域内组织为贝氏体+索氏体+网状铁素体，见图2，从组织形貌看，此半轴热处理效果欠佳。

1.4断口检验

    为了更好分析半轴断裂原因，用扫描电镜半轴裂纹源处进行扫描分析，可见裂纹源处存在一处夹杂物，夹杂物形貌见图3，对夹杂物进行能谱分析，夹杂物成分主要包含O、Ca、C、Al、Na、Mg、Si、S和Fe元素，主要为氧化钙和氧化铝类夹杂物，按照GB/T10561-2005中A法评定，此夹杂物为超尺寸夹杂物，各元素含量见表2。

图2  贝氏体+索氏体+网状铁素体       图3  裂纹源处夹杂物形貌

表2 裂纹源处夹杂物成分（质量分数 %）

2、原因分析以及改进措施

2．1原因分析

    由检验结果可得：此半轴化学成分符合要求，半轴杆部存在超尺寸夹杂物破坏基体连续性，导致杆部断裂疲劳裂纹源的产生；半轴热处理效果欠佳导致裂纹源进一步扩展，缩短半轴使用寿命，最终导致半轴断裂。

2．2建议与改进措施

    根据扫描电镜分析夹杂物成分主要为Al2O3、CaO和Na2O，冶炼过程中采用髙铝渣系，过程中灰量大，Al2O3含量低，过程出现増硫现象，不利于夹杂物的吸附，夹杂物蓄积在水口处脱落，建议髙铝渣系渣中Al2O3含量控制在0.30-0.35%，按照轻Ca处理，成品Ca＜0.0010%；同时杆部热处理时要保证淬火效果。

参考文献：

[1] 翟秀敏.半轴断裂的失效分析[J].科技信息,2010(22):386.

[2] 姚淑萍,李瑛颖,董霞,侯宁娜,陈宇轩.齿轮轴断裂分析[J].理化检验(物理分册),2008(03):162-164.