摘要: 某型牵引车车后半轴在使用中发生断裂，通过对失效车轴进行宏观检查、断口分析、金相组织检验、化学成分分析、性能测试和运行状况调查等，对断裂原因进行了分析。结果表明，该轴在设计、热处理上存在不合理之处，导致轴在服役早期出现微裂纹，部分微裂纹在工作应力的作用下疲劳扩展，最终产生疲劳断裂。

　　关键词:半轴;断裂;失效;金相检验;疲劳。

　　Abstract:The rear semiaxle of certain type tractor fractured in early stage of service life. Through macrography, fracture surface analysis, metallography test, chemical composition analysis, performance test and operation status investigation we try to find out fracture cause. The result shows that the axle has defects in design and heat treatment which lead to miro crack in early stage of service life and the crack extended finally cause fatigue fracture.

　　Key words: semiaxle, facture，failure, metallography test,fatigue

　　引言

　　重装投送能力，是一支部队快速反应能力的一个重要标志。在某部为检验重装运输分队机动保障能力而多次组织的跨区重装备远投检验性演练过程中，都出现某型牵引车后半轴出现断裂，造成装备无法及时到位。企业服务站工作人员现场调查后排除了不当操作引起事故的可能性。该牵引车行驶里程没有达到服役年限，属于早期失效断裂。工作人员将断裂轴带回后，我们通过对失效车轴进行宏观检查、断口分析、金相组织检验、化学成分分析、性能测试和运行状况调查等，通过分析找到失效的主要原因，并提出我们的改进措施和建议，取得良好效果。

　　1. 后半轴的几何形状及其技术条件要求

　　后半轴的结构简图见图1，材料是选用40Cr钢经锻造成形，热处理要求:调质硬度37~44HRC，花键部分硬度为52~57 HRC，淬硬层≥6mm，调质后花键部分采用常规的淬火+低温回火工艺。

　　图1 后半轴 图2 后半轴断口形貌

　　Figs1 shape of half axle Figs2 fracture surface of half axle

　　2. 断口特征

　　断裂位置处在半轴轴颈台阶根部突变处，后半轴的宏观断口呈贝壳状形态，见图2。断口具有明显的贝纹线特征，这些贝纹线的后期呈同心圆状，最终瞬断区位于断口中心偏一侧。疲劳扩展区约占断口面积的80%以上。这种断口是疲劳断裂的特征[1][2]，有明显的疲劳源，疲劳扩展区及瞬时断裂区。

　　3 实验方法

　　用HRBV-187.5型布洛维硬度计测定该样表面硬度。

　　用钻床钻取半轴的碎屑若干，用化学分析法测定该种材质中的碳(C)、硅(si)、锰(Mn)、磷(P)和硫(S)元素的质量分数。

　　从半轴断口区域用电火花线切割法截取试样[3]，磨制成金相光片，用4%硝酸酒精腐蚀成金相试块，在OLYMPUS-BHZ型光学显微镜及EPM-810Q电子探针显微分析仪作金相组织检验。

　　4 实验结果分析及讨论

　　4.1 化学成分

　　对轴断裂部位的试样进行化学成分分析，结果见表1，其材质为40Cr，其成分偏差符合《钢的成品化学成分允许偏差》(GB/T222-2006)标准要求。

　　表1 断裂试样化学成分分析结果

　　Table 1 chemical components of fracture sample 元素 C Si Mn S P Cr Cu Ni 含量 0.47 0.32 0.73 0.019 0.028 0.92 0.28 0.25 标准要求 0.37～0.44 0.17～0.37 0.50～0.80 ≤0.035 ≤0.035 0.80～1.10 ≤0.03 ≤0.03 4.2金相组织缺陷分析和性能测定

　　针对半轴的失效进行金相缺陷分析和硬度测定。从实验结果可以看出该轴存在粗大魏氏体组织(如图3)，热处理后表面出现脱碳(如图4)。魏氏组织是在珠光体基体上针状铁素体或渗碳体分布于晶界上向晶内延伸。这种组织的形成主要是锻造时热加工时过热，且在锻造后没有进行正火造成的，它严重降低钢的冲击韧性。这是造成工件早期疲劳的非常重要的原因[5];表层存在脱碳现象造成表面硬度没有达到要求，降低工件耐磨性，使钢的疲劳强度降低，导致零件在使用中过早地发生疲劳损坏[6]。材料中心组织有铁素体出现且存在偏析(如图5,6)，偏析会影响钢的淬透性和机械性能造成承载能力不足，而铁素体存在会造成承载能力不足[7]。

　　图3魏氏组织 125×

　　Fig.3Widmanstatten Structure 125×

　　图4表层脱碳125×

　　Fig.4 decarbonzation in surface layer125×

　　图 5中心组织;条状硫化物夹杂500×

　　Fig.5decarbonzation zonal segregation500×

　　图 6中心组织;条状硫化物夹杂800×

　　Fig.6decarbonzation zonal segregation800× 4.3组织硬度测试

　　对试样表层和心部分别测试硬度，结果见表2

　　表2 断裂轴试样表面与心部硬度

　　Table 2 hardness of furface and core of sample 检测部位 规格要求 实测数据 判定结果 表面硬度/HRC 37~44 34 偏低 心部硬度/HRC 32~39 28 偏低 根据要求，轴经调质后表层与心部硬度分别为37~44HRC、32~39HRC，但从测试结果看都没有达到要求。表层硬度偏低主要是脱碳造成，心部硬度偏低是存在铁素体和条状硫化夹杂物引起

　　5. 结论与建议

　　通过对失效车轴进行宏观检查、断口分析、化学成分分析、金相组织检验以及硬度测试，某型牵引车后半轴断裂属于早期失效疲劳断裂，主要原因及解决措施是：

　　(1)由于原材料自身的缺陷。材料内部金相检验表面存在带状硫化物非金属夹杂，这些夹杂物严重破坏了基体的连续性，明显降低了材料的塑性、韧性和疲劳强度。这些夹杂物应该是冶炼及浇注过程中氧化物未去除干净、钢液二次氧化以及钢液流动性不足等原因造成的。应加强对毛坯材料的检验。

　　(2)热加工工艺不合理产生的问题：热处理后存在脱碳、粗大魏氏体组织。毛坯锻锻造加热温度过高，且锻造后又未经正火温度较低，容易产生魏氏体组织且晶粒粗大。消除的办法是在锻造后进行两次正火：第一次:900℃保温后空冷，目的是消除魏氏组织，第二次:860℃保温后空冷，目的是细化晶粒,改善组织为后续加工做准备。在进行淬火时，改用盐浴炉加热，以隔绝氧气，防止脱碳。

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