三代轮毂单元断裂分析

摘　要：本文对断裂轮毂轴进行了宏观检查，对其断口进行了宏、微观形貌检查，并对该轴金相组织进行检查，确定了裂纹性质，最后分析了该轴断裂失效的原因，并给出了建议。

关键词：三代轮毂；断裂；分析

1情况简介：
　　某种三代轮毂单元心轴断裂，材质65Mn，经毛坯→锻造→机械加工→调质处理→轴表面高频感应淬火后成形。
2宏观检测：
　　轮毂轴的外观见图1，箭头所指处为轴承内滚道。断裂位置及断口侧面宏观形貌见图2，断面大致可分为两个平面，且两平面之间由于不在一个水平线而形成台阶形貌，一个断裂面在轴承内滚道上，另一个断裂面与内滚道间有一定的距离，同时，轮毂轴断口侧面存在多处横向裂纹，见图中箭头所指部位。轮毂轴断口宏观形貌见图3，根据宏观特征可将断口分为2个区：断口1区、断口2区，其中断口1区（黑色区域）约占整个断口的80%以上，其中断口2区约占20%，为银白色金属色泽，断口相对光滑平坦。
　　             
　　
3微观断口分析：
　　将断裂样品经超声波清洗后，置于扫描电镜下观察。尽管断面经过了硝酸酒精腐蚀，但其微观断裂特征仍然清晰可辨。断口1、2区微观形貌见图3，断口呈熔融的自由表面特征，断面被厚厚的一层氧化皮覆盖。图4为裂面附近低倍断面形貌，在该图上既可见到裂缝，又显示断面极度疏松。图5为图4的放大形貌，更加清晰地显示出疏松的微观形貌。图6是沿晶断裂区的局部形貌，此图上即显示单个晶粒面，又可见多个晶粒交界线；图7仅是无数疏松空洞的代表。

3能谱分析：
　  对断口1区进行能谱分析，结果见表1。由分析结果来看，断口发生严重氧化，未见腐蚀元素。

4化学成分分析、硬度测试：
      在轮毂轴断口附近制取试样，采用光谱直读法进行化学成分分析，各元素均符合技术要求。将试样磨制抛光后进行显微维氏硬度测试，符合标准技术要求。这里不再详细说明。
5金相分析：
　　垂直断口平面且过轴线和裂纹部位切取试样并对切取截面进行磨抛后，裂纹的金相形貌见图8，组织异常，裂纹内部存在一定厚度的黑色氧化皮，裂纹将基体分割，此种缺陷大小不一，大致呈“蠕虫”状组织形貌见图8红圈内。轴心部较多且尺寸较大的黑色块状缺陷，缺陷内部填充氧化皮物质，见图9。采用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀后发现，裂纹两侧均存在脱碳现象，见图10，未见明显过热过烧等缺陷。
　                
5 结果浅析：
　　由于其金相组织极度不正常并依据组织决定性能原则，可以肯定，轮毂轴的承载能力将受到极大削弱。不正常金相组织的出现并非锻造或调质，而是原材料本身固有缺陷。这种固有缺陷应为冶炼过程中残留的且未切除的冶金缺陷，如碳偏析，疏松等。锻造过程中这些缺陷随着锻造变形量的增加沿金属材料的变形方向分布，在锻造高温的作用下缺陷界面处发生氧化脱碳从而呈黑色块状。
　　原材料进货检验是一项很重要的工作。认真采取必要的防范措施，就能够预防此种轮毂轴断裂现象，消除机械装备的质量安全隐患。