對(duì)42CrMo鋼連軸桿開(kāi)裂原因的分析及處理

摘? 要：在汽車領(lǐng)域，42CrMo鋼連軸桿開(kāi)裂問(wèn)題不容忽視，本文將通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析法，當(dāng)42CrMo鋼連軸桿發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象后采用多種方法對(duì)端口位置進(jìn)行檢測(cè)與分析，確定了聯(lián)軸桿開(kāi)裂的原因并提出了處理措施，希望為進(jìn)一步提升連軸桿性能提供支持。

關(guān)鍵詞：42CrMo鋼;連軸桿開(kāi)裂;淬火工藝;夾雜物

前言：

連軸桿在車輛正常行駛中發(fā)揮著重要作用，其性能關(guān)乎安全行駛水平，近些年為了提升連軸桿的物理性能，多來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始探索42CrMo鋼等相關(guān)材料在連軸桿中的應(yīng)用，并取得了滿意效果。作為一種具有良好物理性能的金屬，42CrMo鋼連軸能夠滿足復(fù)雜條件下車輛行駛的要求，值得關(guān)注。

1.連軸桿開(kāi)裂原因分析

1.1背景分析

某連軸桿采用了42CrMo鋼為主要原材料，該連軸桿的半徑為21.5mm，在連軸桿調(diào)至處理后，發(fā)現(xiàn)該裝置在使用期間出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的裂紋現(xiàn)象。

1.2理化檢驗(yàn)分析

1.2.1檢測(cè)化學(xué)成分

在獲得42CrMo鋼連軸桿的樣本之后，本文通過(guò)火花放電直讀光譜儀對(duì)該材料的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，最終檢測(cè)結(jié)果顯示，該樣本中的各項(xiàng)成分均符合《合金鋼結(jié)構(gòu)》中提出的質(zhì)量規(guī)范，證明該42CrMo鋼在生產(chǎn)制造中無(wú)化學(xué)成分異常等質(zhì)量缺陷。

1.2.2樣本的低倍檢測(cè)

在低倍檢測(cè)環(huán)節(jié)，本次研究中在斷口周圍取橫向試樣，根據(jù)試樣的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該材料在芯部存在明顯的質(zhì)量缺陷，缺陷在連桿的不同位置表現(xiàn)不同，但整體是從芯部向表面擴(kuò)散，因此認(rèn)為該質(zhì)量問(wèn)題可能是造成連軸桿開(kāi)裂的主要原因。因此決定按照相關(guān)規(guī)定，使用缺陷酸蝕檢驗(yàn)法進(jìn)行評(píng)估，在取橫向試樣之后酸浸。最終酸浸后的試驗(yàn)結(jié)果顯示，該連軸桿中的缺陷分類主要表現(xiàn)為中心疏松，且表面位置為殘余縮孔等。

1.2.3金相組織檢驗(yàn)

根據(jù)樣品端口位置的試樣開(kāi)展金相分析后，根據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)了連桿內(nèi)部伴有明顯的條帶狀間隔殘余縮孔;之后開(kāi)展硝酸酒精溶液腐蝕試樣后，最終的檢測(cè)結(jié)果證明芯部與術(shù)殘余縮孔的褶皺裂縫位置的顯微組織為回火索氏體，且無(wú)脫碳等現(xiàn)象。

1.2.4電鏡分析

電鏡分析中使用鎢燈絲掃描電子顯微鏡對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè)，觀察斷口形態(tài)與拋光后的縱向試樣形態(tài)等，最終的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該樣本的斷口以解理形貌，表現(xiàn)為明顯的脆性斷裂特征，且在晶界位置發(fā)現(xiàn)明顯的疏松特性，無(wú)其他夾雜物。之后根據(jù)對(duì)樣本的拋光檢測(cè)后，電鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了裂紋位置中富含大量的鐵氧化物，無(wú)其他夾雜物。

1.3對(duì)斷裂原因的分析與討論

根據(jù)本文對(duì)斷裂樣本的檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，樣本的芯部與邊部與裂紋兩側(cè)等均為回火索氏體組織，且未發(fā)現(xiàn)魏氏體組織，并且在進(jìn)一步觀察后本次嚴(yán)重中未發(fā)現(xiàn)連接桿在加工過(guò)程中存在過(guò)燒以及過(guò)熱等質(zhì)量缺陷，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中可以認(rèn)定其熱處理工藝以及操作方法等基本正常，由此可以排除因?yàn)闊崽幚碣|(zhì)量缺陷而造成的裂紋現(xiàn)象[1]。

同時(shí)在進(jìn)一步觀察中可以發(fā)現(xiàn)，本次試驗(yàn)中根據(jù)斷口周圍的試樣觀察后，發(fā)現(xiàn)了樣本的芯部存在嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，表現(xiàn)為從芯部擴(kuò)展直至連接桿表面，出現(xiàn)了大小不同的裂紋，并且酸浸的檢測(cè)結(jié)果與顯示，該裂紋的主要缺陷表現(xiàn)為疏松孔以及殘余縮孔等，在試樣的不同位置上其疏松的表現(xiàn)形式也存在較大差異。其中殘余縮孔主要眼樣本做縱向分布，表現(xiàn)為解理形貌，此時(shí)通過(guò)對(duì)樣本展開(kāi)能譜檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)斷裂處存在大量鐵氧化物。斷口與縱向樣本的裂縫周圍未發(fā)現(xiàn)其他夾雜物等。此時(shí)根據(jù)端口與縱向樣本裂縫的檢查后，在列更周圍位置未發(fā)現(xiàn)夾雜物，本文根據(jù)端口周圍的微觀形貌展開(kāi)分析后，認(rèn)為出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因，是在42CrMo鋼連軸桿生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)殇撍^(guò)熱或者冷卻速度變化等造成生產(chǎn)工藝波動(dòng)，由此會(huì)導(dǎo)致原材料出現(xiàn)了一系列的中心縮孔現(xiàn)象，而在中心縮孔較為嚴(yán)重的情況下，即使采取了連續(xù)軋制的生產(chǎn)工藝也不能有效愈合缺陷，所以在后期的加工處理中會(huì)導(dǎo)致連接桿內(nèi)部出現(xiàn)了氧化物，而氧化物的出現(xiàn)會(huì)對(duì)整個(gè)連接桿結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，這可能是導(dǎo)致42CrMo鋼連接桿斷裂的主要原因。

而現(xiàn)代研究認(rèn)為，樣品淬回火過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致原材料表層出現(xiàn)奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程，之后則是芯部奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，在這個(gè)變化下會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的比容出現(xiàn)變化[2]。在42CrMo鋼加工過(guò)程中，隨著樣品體積的變化，會(huì)導(dǎo)致連軸桿同一截面的不同部位出現(xiàn)次序不一的變化現(xiàn)象，而這種不連續(xù)的體積變化，則會(huì)改變材料表面的受拉應(yīng)力分布情況，最終影響了穩(wěn)定性，其中最常見(jiàn)的表現(xiàn)，就是芯部受壓應(yīng)力影響過(guò)大，在這一應(yīng)力作用的影響下則會(huì)導(dǎo)致中心縮孔處的裂縫發(fā)生快速擴(kuò)展，并且氧化物自身的塑性不理想，在快速變化的應(yīng)力下無(wú)法短時(shí)間內(nèi)協(xié)調(diào)材料的變形現(xiàn)象，這一機(jī)制的影響下將會(huì)導(dǎo)致樣品在多方面因素的影響下出現(xiàn)斷裂，這也是本次連接桿結(jié)構(gòu)破壞的根本原因。

2.處理措施

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)分析中對(duì)42CrMo鋼連接桿斷裂問(wèn)題的研究，本文認(rèn)為為了避免上述問(wèn)題發(fā)生，相關(guān)人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注42CrMo鋼的調(diào)質(zhì)處理工藝，掌握正確的質(zhì)量控制方案，其中的操作重點(diǎn)包括：（1）當(dāng)42CrMo鋼工件從加熱爐轉(zhuǎn)移至冷卻槽時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制速度，一般工件入水時(shí)的溫度低于Ar3的臨界點(diǎn)可能造成分解，導(dǎo)致工件的淬火組織不完全，其硬度性能也達(dá)不到質(zhì)量規(guī)范。所以在生產(chǎn)中需要嚴(yán)格控制時(shí)間。（2）工件裝爐應(yīng)嚴(yán)格控制，一般為1-2層，這是因?yàn)楣ぜ谙嗷クB加的情況下會(huì)導(dǎo)致加熱不均勻而影響硬度，這是42CrMo鋼在加工中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。（3）工件在入水時(shí)應(yīng)保持一定的距離，避免工件距離過(guò)密而影響蒸氣膜破裂，這一現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致工件接近面的硬度不達(dá)標(biāo)。（4）開(kāi)爐淬火時(shí)應(yīng)注意的是，不能一口氣淬完，而是要關(guān)注爐溫的下降情況，必要時(shí)可選擇中途閉爐使其溫度重新升高，這種處理方法可以確保加工前后的工件硬度相同。（5）密切關(guān)注冷卻液的溫度與質(zhì)量，例如在42CrMo鋼加工過(guò)程中要確保冷卻液無(wú)泥漿、油污等污染物，若發(fā)生上述問(wèn)題可能會(huì)造成工件的硬度不達(dá)標(biāo)。（6）應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量管理?xiàng)l例，一般在淬火后42CrMo鋼材料的硬度偏低時(shí)可選擇調(diào)整回火溫度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)硬度質(zhì)量要求;但是淬火后工件硬度過(guò)低的質(zhì)量缺陷時(shí)有發(fā)生，針對(duì)該質(zhì)量缺陷則需要重新淬火，不能以中溫或低溫回火達(dá)到質(zhì)量要求為標(biāo)準(zhǔn)，若沒(méi)有解決上述問(wèn)題則有可能引發(fā)更嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。

結(jié)束語(yǔ)：

42CrMo鋼連接桿斷裂原因復(fù)雜，可能是多因素綜合作用結(jié)果，所以為了能夠滿足汽車安全行駛的質(zhì)量要求，需要工作人員能夠轉(zhuǎn)變工作思路，強(qiáng)化質(zhì)量控制與管理，嚴(yán)格控制42CrMo鋼的加工過(guò)程，掌握42CrMo鋼加工的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，這樣才能進(jìn)一步提高加工質(zhì)量，有效降低42CrMo鋼連接桿斷裂的發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)：

[1]張斌，薛振峰，鄭毅，等.42CrMo鋼車軸熱處理工藝[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2021（05）：147-149.

[2]張志星，任巖平，高恒，等.42CrMo鋼離子滲氮層組織對(duì)沖擊磨損性能的影響[J].機(jī)械強(qiáng)度，2021，43（02）：300-307.

作者簡(jiǎn)介：

李旭（1987年7月—），男，漢族，河北石家莊市人，本科畢業(yè)，工程師，研究方向：金屬壓延加工。62CDF2E7-8076-4C97-B504-3C3A2803B2DA