汽车万向节十字轴失效分析.pdf

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汽车万向节十字轴失效分析
贾奎
(萧山区质量计量监测中心,杭州311200)
摘要:采用化学元素分析、尺寸、硬度检测及金属金相组织观察,对断裂的十字轴进行综合分析研究,结果表明十字
轴强度不足,产生疲劳裂纹。对于这种要求高、低转速的传动轴帮要重新选配十字轴。
关键词:汽车万向节;十字轴断裂;强度
中图分类号:TU51
文献标识码:B
文章编号:1002-2333(201107-0174-02
1引言
某厂配套的工程汽车万向节十字轴材料为20 Crmnti,
生产工艺为:下料→锻造一粗加工→渗碳淬火→精加工。
在工程汽车使用过程中,出现了多次汽车万向节十字轴
轴颈断裂情况,为避免该类情况的再次发生,对该批汽车
万向节轴进行了失效分析。
2实验部分
2.1外观检查
图2断口的宏观形貌图3断口疲劳辉纹与
对一失效的万向节十字轴断裂件宏观检査发现
韧窝(1000x)
轴线上两只轴头轴颈无失效现象,断裂发生在另一轴线
两侧的轴头轴颈的R处。断裂的一侧轴头在节叉耳根部
析裂,从节又耳根部断裂的裂纹源及断口形貌分析,为十
字轴向外挤压产生断裂。另一侧断裂轴头上的节又耳根
部外表面及轴套底部有严重的碰伤痕迹(见图1)。
断口2
图4断口的宏观形貌图5解理断口微观形貌(900x)
2.3尺寸检查
表1尺寸精度检测结果
析口1
对断裂的十检验项目标准要求实测结果
字轴的尺寸、精直径偏差mm
-0.013-0-0.007--0.010
图1十字轴及节叉断裂位置
度、表面粗糙度R圆角m
0.8
0.8
2.2宏观及微观检查
等进行检测,十轴表面租植度Rn4Rd4
对两只轴头断口进行宏观及扫描电镜分析,发现断字轴轴颈R处
轴颈根部圆角粗糙度≤Ral.5
Ral.5
口1表面比较平滑,具有明显的贝壳状条纹(如图2),可经磁粉探伤分析没有发现裂纹。进行磨加工表面烧伤试验
确定为疲劳断裂,图中A区为疲劳源区,B区为疲劳扩展分析,轴颈表面浅青色,没有发现磨烧伤现象。尺寸、精度
区,C区为瞬间断裂区。对疲劳源区进行电镜分析,疲劳表面粗糙度结果符合JBT8925-2008标准要求(见表1)。
源区的微观形貌具有辉纹和塑性变形特征,断口疲劳扩2.4化学成分与央杂物分析
展区有粗大的疲劳辉纹及少量的韧窝(如图4)。
从十字轴断裂附近取样进行化学分析,表2表明,失
断口2(如图4)在断口1断裂后,因传动轴继续的传效件材料材质满足20 CRMNTI材料GB/T3077-1999标准
动,断裂源外部有碰伤现象。次表层为解理加韧窝组成的要求。进行材料非金属夹杂物A、B、C、D类含量分析,其
撕裂断口(如图5),说明它承受了较大的外力作用时才产非金属夹杂物含量在0.5-1.0级之间,符合产品对材料的
生的断裂。
表2材料化学成分(质量分数)
通过两断口的不同形貌及实际使用受力状态分析。元素C
Cr
Si
T
断口1为先期断裂断口,断裂后十字轴承受较大的传动实测值0211.0908902900140.0600
力致使同一轴线上的断口2发生断裂。
标准值0.17-0231.01300.80-1.100.17-0.37≤0.035≤0.03504-010
1741机械工程师2011年第7期
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解決盲宗
工芝/工/目/断/測/修/改造S9a
要求。
轴轴颈应有足够的抗弯强度,其十字轴轴颈的弯曲应力
2.5硬度和金相分析
ow和十字轴轴颈的切应力ァ应分别满足:ow≤[owl;r≤
有效滲碳淬硬层测定选用FM-700显微硬度计测「ァ]。其次,减少表面粗糙度和加工痕迹,增大R圆角等方
定,经检测有效硬化层深度为1.02m,符合产品设计标法减少应力集中。由此可知,本例十字轴可増加其轴颈强
准08-12mm的要求。用洛氏硬度计对十字轴轴颈经行度来减少或避免十字轴失效的发生。
表3洛氏硬度检测结果
检测,结果4结论
检验项目标准要求
实测结果
符合产品设
造成本例十字轴失效的主要原因是十字轴强度不
轴颈表面硬度HRCS8-64HRC6O:HIRC61:HIRC6l计标准要求足,在低周疲劳大应力下,产生裂纹,对于这种要求高强
轴心部使度HRC3-48HRC9;HC39:HRC40(如表3)
度、低转速的传动轴需要重新选配十字轴,建议选用
用美国NiCo图像分析系统进行渗层金相组织分析,20Cr2Ni4等材料或加大十字轴轴颂来增加十字轴强度
图6表明,主要为回火针状马氏体及少量残余奥氏体和减少或避免十字轴失效的发生。
碳化物组织,心部组织为低碳马氏体及铁素体,马氏体为
实际生产中,采用的加大轴颈的方法来增强十字轴
4级,均符合产品技术要求
强度,解决了此类轴颈断裂的问题。
[参考文献
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[41陈思政金属的强度与检验M].北京:治金工业出版社,1981
a)表面组织x500
(b)心部组织x500
73-123
(编辑毕胜)
图6材料金相组织
3分析与讨论
作者简介:贾奎(1976-),男,质量工程师,工程硕士,主要从事金属制
3.十字轴断裂件失效的特征和原因
品的质量检测和失效分析工作
观察十字轴断裂件一断口疲劳源区的微观形貌具有收日期:201-04-20
辉纹和塑性变形,断口疲劳扩展区有粗大的疲劳辉纹并
新液压产业基地目前已入驻项目286
有少量的初窝,断口呈灰暗色。另一断口次表层为解理加
个,开工建设项目185个,拥有规模以上企业
初窝组成的撕裂断口。这是由于高应力低周期疲劳断裂112户。到2015年,基地将引进企业60户,实
后在断口上留下显著的塑性变形痕迹,由于断裂时一部『现ぼ定资产投资560化元,实现年产值100
分能量消耗在塑性变形上,其断面粗植有明显纤维区?亿元、实现利税200亿元,安排就业20万人。
辽宁阜新
断口呈暗灰色、由于大量宏观变形引起微观晶粒产生变
目前,单新液压产业集群已呈现出3种产
形,从而使断裂面失去光泽。粗大的疲劳辉纹说明每次周「业链底套機式:尔機式、以东方液压、他正
疲劳应力比较大,这是由于越高的应力使断口存在的源
造等近10户企业集聚在德尔周围,为其提供
区台阶和二次台阶就越多,体止线的间隔就越大,实际疲
泵体、泵盖、模具等的配套,形成产业链;脚发模
劳断裂区约不光滑,且断口疲劳扩展区有相当数量的韧
式,以宏鑫为金美达配套高密封无渗液压油
窝,疲劳条纹条纹排列的规则性和条纹的间距随着应力
、佳合为区内各家企业进行钻孔机配套的模
式:外向型配套模式,如德尔汽车转向泵为东
压之都一