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摘要:某汽车曲轴在进行耐久测试时发生断裂。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析和金相检验等方法,对该曲轴的断裂原因进行了研究。结果表明:该曲轴的断裂性质为疲劳断裂,裂纹起源于过渡R处的表面,R处尺寸偏小以及车刀加工纹路较深,增大了R处的应力集中,在运行时,R处萌生裂纹,在交变载荷的作用下,裂纹发生疲劳扩展,最终导致曲轴断裂。关键词:汽车曲轴;疲劳断裂;过渡R;车刀纹中图分类号:TB31文献标志码:B文章编号:-()03--03某汽车曲轴在装机后进行耐久测试时发生断裂,断裂曲轴的宏观形貌如图1所示,该曲轴材料为40Cr钢。笔者采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜(SEM)分析和金相检验等方法对断裂曲轴进行研究,查明了该曲轴的断裂原因,并提出了改进建议,以避免该类问题再次发生。1理化检验1.1宏观观察对曲轴断口进行宏观观察,结果如图2所示,可见断裂位置为过渡R处,断裂面有一定的擦伤,无塑性变形,除擦伤区域外的断口较为平坦,断口两侧匹配性较好,R处表面可见明显的车刀纹。1.2化学成分分析在断裂曲轴上取样进行化学成分分析,结果如表1所示,可见该曲轴化学成分符合GB/T—《合金结构钢》对40Cr钢的要求。1.3SEM分析在曲轴断口处截取试样,进行SEM分析,结果如图3所示。由图3可知:裂纹起源于R处表面,具有线源特征,R处车刀纹明显,左侧裂纹源区有机械擦伤特征,右侧裂纹源区保存较好,未见后期机械擦伤特征;裂纹扩展区可见贝壳纹,放大可见大致平行的二次裂纹和疲劳辉纹,符合疲劳断裂的形貌特征;断口上无明显的最终瞬断区。1.4金相检验截取垂直于断口的剖面试样,经镶嵌、磨抛、腐蚀后用体视显微镜进行观察,结果如图4所示,可见断裂R处的上方有硬化层,锻造流线随形分布。将该试样置于光学显微镜下观察,抛光态形貌如图5所示,显微组织形貌如图6所示。由图5,6可知:R处尺寸(半径)为0.38mm,略小于图纸要求的(0.50±0.05)mm,且R处车刀纹明显;断口R处和基体的显微组织均为正常的回火索氏体。2综合分析由上述理化检验结果可知:断裂曲轴材料符合标准要求;曲轴断裂于过渡R处,R处及附近表面可见较为明显的车刀纹;断口裂纹起源于过渡R处,具有线源特征,左侧裂纹源区有机械擦伤特征,右侧裂纹源区保存较好,无后期的机械擦伤,裂纹扩展区可见贝壳纹,放大后观察可见大致平行的二次裂纹和疲劳辉纹,符合疲劳断裂的微观形貌特征[1];该断裂曲轴的低倍组织正常,锻造流线清晰,且随形分布,两侧感应淬火区深度不一致,断裂处感应淬火区的深度比较接近断裂R处的深度;R处尺寸略小于图纸要求,断口处和基体的显微组织正常,为回火索氏体。综上可知:该曲轴的断裂性质为疲劳断裂,裂纹起源于过渡R处的表面,R处尺寸偏小以及车刀加工纹路较深,增大了R处的应力集中,在运行时,R处萌生裂纹,在交变载荷的作用下,裂纹发生疲劳扩展,最终导致曲轴断裂。3结论与建议3.1结论该汽车曲轴发生了疲劳断裂,裂纹起源于过渡R处,R处尺寸偏小以及加工车刀纹较深是导致曲轴发生断裂的主要原因。3.2建议(1)严格控制加工质量,在数控车削过程中,选择R尺寸小于图纸要求的刀尖,靠程序插补成需要的R尺寸,最终R尺寸结果靠机床精度保证。(2)建议图纸增加对R处表面粗糙度的要求,将粗糙度检验作为产品验收中的重要一环,并严格把控。(3)时常检查刀具的磨损情况,并及时更换。参考文献:[1]王荣.机械装备的失效分析(续前)第3讲断口分析技术(上)[J].理化检验(物理分册),,52(10):-.文章来源材料与测试网期刊论文理化检验－物理分册59卷3期(pp:31-33)

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