裝甲車輛曲臂斷裂分析

閆曉紅，鄔嘵穎，葛 軍，王思濤，閆德媛，祝國榮

(北京北方車輛集團有限公司，北京 100072)

裝甲車輛曲臂斷裂分析

閆曉紅，鄔嘵穎，葛 軍，王思濤，閆德媛，祝國榮

(北京北方車輛集團有限公司，北京 100072)

分析了裝甲車輛曲臂在試車試驗時斷裂的原因，探討了該零部件在熱處理過程中的硬度變化規(guī)律，獲得了該零部件在淬火時淬火油溫變化與金相組織及硬度的關(guān)系。試驗結(jié)果表明，淬火油溫>90 ℃時會導(dǎo)致熱處理組織異常，使硬度低于設(shè)計要求。

曲臂；斷裂分析；淬火油溫；金相組織

曲臂為某新型裝甲車輛行動系統(tǒng)部件，其主要承擔托起裝甲車輛的作用。在外地試車試驗時，在行進到約4 500 km時曲臂發(fā)生斷裂，疲勞壽命比設(shè)計指標10 000 km降低了5 000余km。曲臂在試車過程中發(fā)生斷裂，嚴重影響了裝甲車輛正常行駛的可靠性，設(shè)計的戰(zhàn)技指標不能得以實現(xiàn)。本文為此進行了斷裂原因分析。

曲臂的外側(cè)連接誘導(dǎo)輪，內(nèi)側(cè)安裝在車體支架上，一方面起到支承誘導(dǎo)輪使履帶正常運轉(zhuǎn)的作用；另一方面能夠?qū)β膸D(zhuǎn)角度進行調(diào)整，調(diào)節(jié)履帶松緊度，在整個傳動行走過程中起到了重要作用。由于要與多個零件裝配，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，呈現(xiàn)多圓柱臺階式結(jié)構(gòu)，圓柱臺階直徑相差較大，最大直徑為103 mm，最小直徑為45.8 mm。曲臂簡圖如圖1所示。

圖1 曲臂簡圖

1 斷裂原因分析

1.1 化學(xué)成分

曲臂材料為40Cr。經(jīng)分析，該斷裂的曲臂化學(xué)成分見表1。

表1曲臂化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) (%)

指標CSiMnPSCr標準規(guī)定0.37～0.440.17～0.370.50～0.80≤0.035≤0.0350.80～1.10檢測結(jié)果0.400.290.730.0110.0070.90

從表1可以看出，該斷裂曲臂的化學(xué)成分在合格范圍內(nèi)。

1.2 硬度分析

通過檢測，曲臂硬度為257 HBW(技術(shù)要求：硬度為255～302 HBW)?？梢钥闯觯m然硬度符合圖樣要求，但處于圖樣要求的下限。

1.3 金相分析

該曲臂熱處理后的金相組織如圖2所示。

圖2 曲臂金相組織(放大倍數(shù)200×)

正常情況下，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后得到金相組織為回火索氏體，具有良好的綜合力學(xué)性能。從圖2可以看出，曲臂的組織為珠光體+網(wǎng)狀鐵素體，網(wǎng)狀鐵素體使曲臂的力學(xué)性能尤其是沖擊強度下降，此為造成曲臂早期斷裂的主要原因。

2 工藝分析

調(diào)質(zhì)處理采用工藝如圖3所示。

圖3 熱處理工藝曲線示意圖

經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)場操作情況及記錄均符合熱處理工藝要求，沒有發(fā)現(xiàn)異常。

根據(jù)調(diào)質(zhì)組織出現(xiàn)嚴重的網(wǎng)狀鐵素體問題，現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表明，造成該問題主要有如下3種情況：1)沒有進行調(diào)質(zhì)處理；2)熱處理工藝執(zhí)行不嚴格(如轉(zhuǎn)移時間過長和保溫時間過短等)；3)淬火油溫過高而導(dǎo)致淬火困難，不容易發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

經(jīng)調(diào)查，熱處理工藝參數(shù)正常，設(shè)備儀表也沒有發(fā)現(xiàn)異常。進行了熱處理過程復(fù)現(xiàn)分析，并重點檢測加熱、保溫及冷卻等工藝參數(shù)。結(jié)果顯示，冷卻油溫達到110 ℃，超出了工藝要求(40～80 ℃油溫淬火)。

3 油溫對曲臂淬火的影響分析

為了確定油溫對淬火組織的影響，依據(jù)曲臂現(xiàn)行的熱處理工藝，研究了不同淬火油溫對曲臂熱處理的影響。將淬火油溫由工藝規(guī)定的40～80 ℃，調(diào)整為110和140 ℃，其他參數(shù)與工藝規(guī)定相同。試樣外部和心部硬度及金相組織見表2。

表2 試樣外部和心部硬度及金相組織對比

正常的調(diào)質(zhì)組織形態(tài)(回火索氏體)如圖4所示，未淬透的金相組織形態(tài)(珠光體+索氏體+鐵素體)如圖5所示。

圖4 回火索氏體 圖5 珠光體+索氏體 +鐵素體

從表2可以看出，淬火時油溫超出工藝規(guī)定的40～80 ℃，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理之后，硬度值在設(shè)計圖樣要求下限或超出下限，金相組織以珠光體+索氏體+局部網(wǎng)狀鐵素體為主要特征且淬火時，油溫越高，硬度值越低，且金相組織中網(wǎng)狀鐵素體的特征越明顯。

淬火油溫與試樣調(diào)質(zhì)熱處理后心部硬度關(guān)系曲線如圖6所示。

圖6 淬火油溫與硬度關(guān)系曲線

結(jié)合生產(chǎn)實際推斷，斷裂曲臂組織和硬度不合格與淬火時油溫超出工藝規(guī)定的上限溫度80 ℃有關(guān)。根據(jù)圖6推斷，曲臂的熱處理實際油溫應(yīng)該約為90 ℃，此為曲臂熱處理淬火硬度偏低的主要原因。

4 結(jié)語

1)40Cr鍛制曲臂斷裂的主要原因是熱處理時組織沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w，使得其硬度和強度低于設(shè)計要求所致。

2)曲臂淬火油溫>90 ℃時會導(dǎo)致熱處理組織異常，使硬度低于設(shè)計要求。淬火時油溫越高，硬度值越低，金相組織中網(wǎng)狀鐵素體的特征逐漸明顯。

責任編輯鄭練

AnalysisoftheRuptureofCrankShaftforArmoredVehicles

YAN Xiaohong, WU Xiaoying, GE Jun, WANG Sitao, YAN Deyuan, ZHU Guorong

(Beijing North Vehicle Group Corporation, Beijing 100072, China)

The cause for the rupture of the crank shaft on armored vehicles during trial run was analyzed. The rules of the hardness change in heat treatment for the part were discussed, and the relationship between oil temperature for quenching and metallurgical structure and hardness was obtained. The experimentation showed that it will lead to metallurgical structure abnormity and can′t meet the need of designation when the oil temperature for quenching is 90 ℃ or higher.

crank shaft, analysis on the rupture, oil temperature for quenching, metallurgical structure

TG 156.3

：A

閆曉紅(1976-)，女，工程師，主要從事材料及熱處理等方面的研究。

2014-07-04