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戸现
汽车转向器小齿轮裂纹原因分析
摘要:转向器小齿轮是汽车重要保安件之一。产生小齿轮裂纹的原因很多,本文对失效件进行
调查分析,确定是材料入厂前调质处理产生了裂纹。根据孙氏理论,证明是属于热处理组织应力淬
火开裂。提出了解决方法,推荐出适合转向器小齿轮的国产材料,对于实现材料国产化有一定的借
鉴意义。
关键词:汽车转向器齿轮裂纹
中图分类号:U463.46.04文献标识码:B
汽光洋转向装置有限公司王英格
随着汽车产业的飞速发展,转向器迅速发展到
裂纹是从表面产生并向中心扩展,与外园表面有一定
国产化自主开发研制阶段。转向器小齿轮是汽车重要角度(约45)。裂纹开口较宽并出现熔融现象,见
保安件之一,国外材料为SCM440,相当于国产先调图2。裂纹深度为9mm,见图3。
质、机械加工后再高频处理的42CrMo材料。
小齿轮裂纹和断裂是一种最危险的失效形式,
往往会造成重大事故,产生严重后果。而产生
裂纹的原因是很多的,包括材料、产品设计
热处理、冷加工、装配等。某厂在高频热处理
加工时,发现一件小齿轮裂纹。现针对该失效
图1
件进行调查分析,确定裂纹发生的原因及解决方法。
1失效特征
该转向器小齿轮在高频后发现开裂现象,裂纹
长度160mm纵向贯穿于小齿轮全长;裂纹最宽宽度
0.4mm;表面进行感应淬火处理,其开裂宏观形貌
见图1。
在图1中方框位置垂直裂纹剖开。观察横截面
图2
28汽车工艺与材料AT&M
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L U T
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100
图3
图5
该小齿轮裂纹已裂至心部,在近心部处沿轴颈剖
开,观察裂纹断ロ形貌(图4),在感应淬火区表面
有熔融金属存在,断口呈脆性。
图6
图4
图7
2相关检验
屈氏体,裂纹已露出表面,由于机械加工的原因,裂
纹与表面有一定角度,表面有加工流线,见图8。裂
2.1金相组织检验
纹内有氧化物,裂纹沿晶界扩展,裂纹尖端无分又现
转向器小齿轮毛坯在入厂前经过调质处理,入厂
象,见图9(是图8裂纹尾端的放大照片)。
后进行机械加工及感应淬火处理,将有裂纹的转向器
小齿轮在感应淬火区及未感应淬火区垂直裂纹各取
块金相样品,经磨、抛和4%硝酸酒精溶液浸蚀,观
察整个磨面。
感应淬火区取样,经抛光腐蚀后其表面感应淬火
图8
后金相组织为粗大淬火马氏体,在主裂纹一侧有次生
的沿晶裂纹,裂纹内有氧化物,无脱碳现象,见图5、
图6。心部为回火索氏体加少量回火屈氏体,见图7。
非感应淬火区取样(花键部位),经抛光腐蚀
后其表面和心部金相组织均为回火索氏体加少量回火
图9
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汽车工艺与材料AT&M29
三现
H
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2.2硬度检验
硬度(HV
350
为检测该零件的淬透情况,在非感应淬火区从表
300
面至心部检测其硬度分布情况,小齿轮硬度分布曲线
燃250
见图10。
哪
200
2.3材料成分检验
50
小齿轮材料为SCM440,相当于国产材料
456
距表面距离/mm
42CrMo,其检验结果及实测值见表1。
图10
元素含量
Mn
Si
Cr
Mo
标准要求0.38-0.430.6~0.85
0.15~0.3
≤0.025
0.025
0.9-1.2
0.15~0.3
实测值
0.39
0.83
0.25
0.015
0.022
0.15
实际检查结果化学成分满足标准要求。
火或回火工艺不当,内应力未消除,也会产生淬火裂
纹。这类裂纹是由组织应力引起的表面微裂纹,淬火
3讨论分析
后微裂纹扩展
(1)从小齿轮的裂纹宏观形貌和宏观断口形貌
(4)42CrMo材料本身淬透性较高,在冶炼时
观察来看,裂纹纵向贯穿全长。在感应淬火区域裂纹偏析较重,对热处理工艺要求极严,尤其这种小尺寸
开口处出现熔融现象,这是由于感应淬火时裂纹处电零件,极易产生热处理缺陷。
阻较大,温度高,使裂纹处局部融化造成过烧现象,
从金相组织粗大及晶界有融化现象也能证明这一点。
4结论
还有,在裂纹处高频淬火深度层不连续(图2),说
(1)该转向器小齿轮材料成分、金相组织及硬
明该裂纹发生在高频淬火工序之前。
度均符合要求。
(2)从该零件材料成分、金相组织及硬度检测
(2)该转向器小齿轮产生裂纹的原因主要是零
结果看,均符合要求;从零件表面到心部的硬度分布件淬透过高,调质时心部淬透,回火不及时,导致组
及金相组织来看,该件心部已淬透。在显微镜下观察织应力过大而引发裂纹。
裂纹两侧有氧化现象且无脱碳,裂纹深度9mm,接
近零件的中心部位,裂纹有沿晶倾向(图8、图9)。
5解决方案
(3)从转向器小齿轮的工艺过程看,产生裂纹
(1)要经常检查、准确掌握热处理工艺,缩小
的因素如下。
与国外先进技术的差距。
a.可能在材料冷拔或轧制、锻造过程中表面产生折
(2)严格控制材料的淬透性,在材料国产化
叠裂纹,并伴随有氧化脱碳现象,但裂纹深度较浅。
时,可以考虑淬透性不是很高的材料如40Cr。
b.由于存在材料裂纹,在随后的热处理过程中淬
(3)建议零件毛坯入厂前要进行探伤检验,以
火应力较大,裂纹沿晶界继续扩展至心部,直到应力及早发现裂纹进而减少损失。
完全释放为止。
参考文献:
C.厂家在调质时,由于材料偏析或淬透性过高,
[1]孙盛玉,热处理裂纹分析图谱「M].大连:大连出版
淬火时产生了淬火裂纹。或者在零件淬火后未及时回社,2006
M
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