摘要:通过硬度测定及金相检验 ,确认 ,汽车后桥半轴产生疲劳断裂的原因系热处理不当 ,使半轴的组织中出现较多的铁素体 ,造成硬度和强度的不足而引起的 .
 化学成分分析和硬度测定
 1.宏观检验 断裂产生于花键处 ,断口呈菊花状 ,整个断面为倒圆锥形 ,裂纹最先在花键轴外侧产生 .心部区域 ,其颜色灰黑且无金属光泽 ,为最终瞬时断裂区 .
 2裂纹分析
 (1)断裂半轴基体夹杂很少 ,近裂纹两侧无夹杂 ,但裂纹内有氧化皮 ,因此不具备非金属夹杂引起的裂纹特征 ;
 (2)裂纹两侧无脱碳 ,其线条平缓 ,尾部细长 ,不呈圆秃状 ,排除由于原料本身有缺陷(白点 ,疏松 ,翻皮 ,皮下气泡)引起的非淬火裂纹 ;
 (3)裂纹深度超过淬硬层 ,淬硬层内索氏体和屈氏体组织细小 ,均匀 ,排除由于淬火温度过高等淬火不当引起的淬火裂纹 .
 3显微组织
 根据有关文献 ,40Cr钢经调质处理后未硬化层为屈氏体和索氏体组织 ,心部允许有铁素体存在 .
 在花键轴断裂处取样 ,光学显微镜下观察 ,花键齿部组织为回火索氏体和回火屈氏体 .半轴心部基体组织为索氏体 ,其上有沿晶界析出的网状和针状分布的铁素体 ,黑色团状物为屈氏体 ??梢婅F素体随距花键底往心部的推移铁素体含量逐渐增多 .
 4讨论
 根据成分分析可知 ,该半轴所用材料的化学成分符合标准GB3077-88中40Cr的成分要求 ,且钢质纯洁 ,故可以排除因材料错用和钢质不良而造成断裂这一因素 .
 半轴花键处的硬度检验结果表明 ,从心部到齿部的硬度值都明显偏低 .因为半轴的工作环境恶劣 ,又承受的是双向交变扭转应力 ,而花键轴又是力支点 ,故硬度不足就可能导致在各个凹槽的夹角处形成疲劳核心 ,并同时沿著士45o两个侧斜方向扩展 ,在轴的中央汇合 ,最终呈星形断口 .
 在调质钢要求中 ,回火组织中是不允许有较多的游离铁素体存在 ,尤其是沿晶界分布的细网状游离铁素体 .它不仅使强度下降 ,而且直接影响疲劳断裂 .因为钢件的破坏总是从强度较低的游离铁素体开始的 ,尤其是在复杂交变应力下工作的钢件 ,一但心部有游离铁素体 ,在工作时铁素体处于冷加工硬化状态下 ,随工作时间的延长 ,到一定限度就会由硬化发展到脆化 ,进而脆断 .另外 ,由于铁素体和索氏体的强度和塑性变形的差异 ,钢件在承受相同的应力时 ,产生不同的塑性变形 ,其在两相邻组分内 ,晶界部分产生较大的应力和变形 ,这种残余应力和变形一旦超过钢件的抗裂强度即引起晶界破裂 ,当继续扩大则成为疲劳断裂的主要根源 .因此 ,半轴组织中存在的较多铁素体是断裂的根本原因 .