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42CrMo軸承斷裂失效分析

發表時間:2020-02-14 19:55

42CrMo軸承斷裂失效分析

  失效件爲汽車電機軸,材質爲42CrMo,熱處理工藝爲調質處理,機加工順序爲車、磨、銑。該電機軸在使用4年左右,軸承損壞並更換過軸承,更換軸承後使用一段時間發生斷軸,斷面正好與軸承背面貼平。如圖1所示,斷裂位置位於P1和P2之間,P2和P3本爲一體,廠家已將P2、P3之間部分鋸切掉,此部分距離斷口較遠,不影響斷軸原因分析。

一般軸頸補焊過程中要遵循的以下原則:

  (1)由於所焊接的電機軸是經過調質處理的,在焊接加工後不可能對其進行恢復熱處理工藝,因此,焊接後的強度要達到或接近電機軸原有的機械性能,並在焊接過程中採取合理措施減小熱影響區的軟化。

  (2)儘可能減小焊接變形,爲後續的機加工帶來方便。

  (3)碳量及合金元素含量較高,焊接時有較大的熱裂紋敏感性並有較大的冷裂紋傾向,焊接時應避免焊接裂紋的產生。

  從外觀檢查及低倍分析可知,斷口位於軸肩過渡圓角位置,該位置存在較多補焊後未焊合的缺口,且缺口的尺寸較大,約半根軸表面呈高溫氧化色,說明在補焊過程中受熱程度特別高,影響範圍大,即補焊後殘留較高的熱應力。

  後續SEM/EDS、金相分析確定斷裂起源於表面的未焊合的缺口,也是補焊後的熱影響區,呈多源分佈特徵。熔融區存在較多的魏氏體組織,心部也存在少量魏氏體組織和和較嚴重的帶狀組織,魏氏體組織塑性差、韌性低,會明顯降低軸的強度,也是熱應力殘留較高的特徵之一,可見電機軸在補焊後未能消除熱應力影響。

  從硬度上看,參考GB/T3077-199標準,心部受焊接熱影響,導致硬度偏高。

  從成分上看,電機軸用料正確,無錯料現象。

  綜上,電機軸失效原因爲補焊位置存在較大熱應力,且易應力集中的軸肩過渡圓角位置存在表面缺陷,受扭力作用條件下在表面缺口缺陷位置疲勞起源開裂,導致電機軸扭轉疲勞失效。

  電機軸失效的原因爲軸頸位置補焊後存在較大的熱應力,軸肩過渡圓角位置存在未焊合的缺口,加上軸肩過渡圓角屬於易應力集中位置,在扭力作用下未焊合的缺口成爲疲勞源,最終導致扭轉疲勞斷裂失效。


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