轴承压块断裂失效分析

王静，吴继辉，齐延生，慕松

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

轴承压块断裂失效分析

王静，吴继辉，齐延生，慕松

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

∶通过宏观检查、化学成分分析、硬度测试、金相组织分析、扫描电镜分析，确定了轴承压块断裂失效的原因。结果表明，轴承压块存在先期淬火裂纹，零部件表面硬度偏高是导致了轴承压块断裂的主要原因。

∶轴承压块；断裂；失效分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.068

CLC NO.: U472.43Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-202-02

轴承压块主要装配在牵引车及自卸车的后桥平衡轴上，承受整车主要载荷和动力，如果在车辆行驶过程中发生断裂，将严重影响车辆及人身安全。委托单位反馈在装配时发现两块轴承压块断裂，其材料规格为40Cr，表面氧化处理，热处理硬度HRC40-50。为分析其断裂失效原因，对失效零部件进行了断口宏观分析、显微组织检测、化学成分分析、硬度检验、扫描电镜检查与诊断。

1、理化检验

1.1断口宏观检查

断裂轴承压块的宏观形貌见图1和图2。

断裂轴承压块的实物图件图1，经对轴承压块实物的仔细观察，发现断裂轴承压块表面经过了氧化处理，装配时产生的裂纹贯穿相邻的安装孔，肉眼可见四条裂纹，其中一条裂纹完全断裂，零件平面一侧螺栓安装孔周边可见明显的环状螺栓安装痕迹。断口局部宏观形貌见图2，图中可见，断面上靠近零件凹面一侧螺栓安装孔壁处存在一深色的先期断裂面，先期断裂面近似呈三角形，径向深度及轴向深度基本在3-4mm之间，其余断口新鲜、平齐，其上可见纵向条痕。

图1　断裂零件外观形貌

图2　开裂处断口宏观形貌

1.2化学成分

为确定轴承压块的化学成分是否合格，从轴承压块近断口处截取试块，经三棱落地砂轮机打磨，运用ARL3460型金属分析仪对试块进行化学成分分析，结果符合GB/T3077-致1999 标准要求，各元素检测结果（质量分数，%）见下表。

表1　零部件的化学成分（质量分数，%）

1.3硬度检验

为确定轴承压块的硬度是否合格，从轴承压块上截取试块，经三棱落地砂轮机打磨，不同细度的砂纸打磨，运用TH320洛氏硬度计进行硬度测试，结果为：49.0HRC，49.2 HRC，48.8 HRC，平均值为49.0HRC，符合技术要求HRC40-50，但接近上限。

1.4金相组织分析

在零件断面深色区域（先期断裂面）的横截面上截取金相试样，试样经抛光腐蚀后在Olympus GX51F型光学显微镜下进行观察，其先期断裂面处金相微观形貌见图3，图中可见先期断裂面（裂纹）有明显的晶界显微裂纹，判断此先期裂纹为淬火裂纹。该区域显微组织为中等粗细的、均匀的回火屈氏体，见图4。在零件断裂面中部进行检查，其显微组织为回火马氏体+少量铁素体+微量贝氏体，且铁素体呈带状聚集分布，零件表面存在轻微的脱碳现象。见图5所示[1]。

图3　先期断裂面（裂纹）表面200X

图4　先期断裂面附近微观　组织500X

图5　基体组织200X

1.5断口微观形貌分析

将轴承压块断口超声清洗后置于SEM6610电子扫描电镜下观察，从图6可以看出断口表面存在很多铸造缺陷，铸造缺陷尤其是在断裂起源区（螺栓安装孔处）集中如图7所示，从断口微观形貌可以看出：断裂以沿晶断裂和准解理脆性断裂形态为主，有出现少量穿晶裂纹。这表明轴承压块基体韧塑性较差，这一方面使材料抗冲击能力差。另一方面也使材料对表面应力集中结构更加敏感。因此在装配应力下裂纹以脆性方式开裂[2]。

图6　断口整体微观形貌

图7　断面缺陷形貌

图8　断裂源扩展区域形貌

图9　断裂源扩展区放大形貌

图10　断裂源区放大形貌

2、断裂原因分析

通过以上理化分析结果可知，该轴承压块的化学成分、金相组织和硬度均符合国家标准技术要求，但是硬度值偏高，接近上限。

通过对断口的宏观检查和扫描电镜微观诊断分析可判断，40Cr轴承压块断裂为热处理工艺不当，即轴承压块在表面淬火后没有进行低温回火或自回火不够充分，导致材料形成淬火裂纹，当在轴承压块的螺栓孔安装螺栓时受到较大的应力和冲击作用下，淬火裂纹在冲击应力条件下发生扩展；同时表面硬度较高，塑性变形困难，不能缓和因冲击产生的应力，应力无法释放，最终在裂纹处开始扩展，直至轴承压块发生断裂[3～4]。

3、结论

1）轴承压块是装配应力作用下, 在螺栓安装孔淬火裂纹处起裂并扩展形成的快速脆性断裂。

2）材料热处理强度偏低偏脆, 存在先期淬火裂纹是导致轴承压块发生快速脆性断裂的原因[5]。

3）建议更改热处理工艺, 提高材料强度和韧性,同时在装配方面严格按照工艺文件操作。

[1] 刘艳琳,梅华生,彭颋.减震器托架断裂失效分析［J］.精密成形工程,2014,6(4): 69-73.

[2] 胡春燕,刘新灵,陈星.高强度钢螺栓断裂失效分析[J],金属热处理,2012,37 (9):125-127.

[3] 渠清团.40Cr 钢内齿轮齿圈断裂失效分析[J],机械与自动化,2013, 08:115-116.

[4] 董红磊,陈玉忠,肖凌云等.汽车变速箱吊耳断裂失效分析[J],金属热处理,2015,40(增刊):94-97.

[5] 钟培道,断裂失效分析[J],理化检验-物理分册,2015,41(7):375-378.

Analysis of Bearing Block Fractures

Wang Jing, Wu Jihui, Qi Yansheng, Mu Song
(Shaanxi Heavy AutomobileCo., Ltd., Shaanxi Xi'an710200)

A few kinds of test methods were used to analyze the fracture bearing block. including fracture Macro View analysis, chemical test, HRC test , metallography test and micro - scanning analysis .The result shows that the main reasons of bearing block fractures are quench cracks and high surface hardness.

Bearing Block; Failure; Invalid Analysis

∶U472.43

∶A

∶1671-7988 (2016)09-202-02

王静（1984-），女，就职于陕西重型汽车有限公司，主要从事理化检验分析工作。