對42CrMo鋼連軸桿開裂原因的分析及處理

摘? 要：在汽車領域，42CrMo鋼連軸桿開裂問題不容忽視，本文將通過實驗分析法，當42CrMo鋼連軸桿發生開裂現象后采用多種方法對端口位置進行檢測與分析，確定了聯軸桿開裂的原因并提出了處理措施，希望為進一步提升連軸桿性能提供支持。

關鍵詞：42CrMo鋼;連軸桿開裂;淬火工藝;夾雜物

前言：

連軸桿在車輛正常行駛中發揮著重要作用，其性能關乎安全行駛水平，近些年為了提升連軸桿的物理性能，多來越多的學者開始探索42CrMo鋼等相關材料在連軸桿中的應用，并取得了滿意效果。作為一種具有良好物理性能的金屬，42CrMo鋼連軸能夠滿足復雜條件下車輛行駛的要求，值得關注。

1.連軸桿開裂原因分析

1.1背景分析

某連軸桿采用了42CrMo鋼為主要原材料，該連軸桿的半徑為21.5mm，在連軸桿調至處理后，發現該裝置在使用期間出現了較為嚴重的裂紋現象。

1.2理化檢驗分析

1.2.1檢測化學成分

在獲得42CrMo鋼連軸桿的樣本之后，本文通過火花放電直讀光譜儀對該材料的化學成分進行檢測，最終檢測結果顯示，該樣本中的各項成分均符合《合金鋼結構》中提出的質量規范，證明該42CrMo鋼在生產制造中無化學成分異常等質量缺陷。

1.2.2樣本的低倍檢測

在低倍檢測環節，本次研究中在斷口周圍取橫向試樣，根據試樣的檢測結果發現，該材料在芯部存在明顯的質量缺陷，缺陷在連桿的不同位置表現不同，但整體是從芯部向表面擴散，因此認為該質量問題可能是造成連軸桿開裂的主要原因。因此決定按照相關規定，使用缺陷酸蝕檢驗法進行評估，在取橫向試樣之后酸浸。最終酸浸后的試驗結果顯示，該連軸桿中的缺陷分類主要表現為中心疏松，且表面位置為殘余縮孔等。

1.2.3金相組織檢驗

根據樣品端口位置的試樣開展金相分析后，根據分析結果發現了連桿內部伴有明顯的條帶狀間隔殘余縮孔;之后開展硝酸酒精溶液腐蝕試樣后，最終的檢測結果證明芯部與術殘余縮孔的褶皺裂縫位置的顯微組織為回火索氏體，且無脫碳等現象。

1.2.4電鏡分析

電鏡分析中使用鎢燈絲掃描電子顯微鏡對樣本進行檢測，觀察斷口形態與拋光后的縱向試樣形態等，最終的檢測結果發現，該樣本的斷口以解理形貌，表現為明顯的脆性斷裂特征，且在晶界位置發現明顯的疏松特性，無其他夾雜物。之后根據對樣本的拋光檢測后，電鏡檢測發現了裂紋位置中富含大量的鐵氧化物，無其他夾雜物。

1.3對斷裂原因的分析與討論

根據本文對斷裂樣本的檢測結果可以發現，樣本的芯部與邊部與裂紋兩側等均為回火索氏體組織，且未發現魏氏體組織，并且在進一步觀察后本次嚴重中未發現連接桿在加工過程中存在過燒以及過熱等質量缺陷，因此現場調查中可以認定其熱處理工藝以及操作方法等基本正常，由此可以排除因為熱處理質量缺陷而造成的裂紋現象[1]。

同時在進一步觀察中可以發現，本次試驗中根據斷口周圍的試樣觀察后，發現了樣本的芯部存在嚴重的質量缺陷，表現為從芯部擴展直至連接桿表面，出現了大小不同的裂紋，并且酸浸的檢測結果與顯示，該裂紋的主要缺陷表現為疏松孔以及殘余縮孔等，在試樣的不同位置上其疏松的表現形式也存在較大差異。其中殘余縮孔主要眼樣本做縱向分布，表現為解理形貌，此時通過對樣本展開能譜檢測后，發現斷裂處存在大量鐵氧化物。斷口與縱向樣本的裂縫周圍未發現其他夾雜物等。此時根據端口與縱向樣本裂縫的檢查后，在列更周圍位置未發現夾雜物，本文根據端口周圍的微觀形貌展開分析后，認為出現這一現象的主要原因，是在42CrMo鋼連軸桿生產過程中，因為鋼水過熱或者冷卻速度變化等造成生產工藝波動，由此會導致原材料出現了一系列的中心縮孔現象，而在中心縮孔較為嚴重的情況下，即使采取了連續軋制的生產工藝也不能有效愈合缺陷，所以在后期的加工處理中會導致連接桿內部出現了氧化物，而氧化物的出現會對整個連接桿結構的穩定性產生影響，這可能是導致42CrMo鋼連接桿斷裂的主要原因。

而現代研究認為，樣品淬回火過程中，會導致原材料表層出現奧氏體到馬氏體的轉變過程，之后則是芯部奧氏體向馬氏體的轉變，在這個變化下會導致鋼結構的比容出現變化[2]。在42CrMo鋼加工過程中，隨著樣品體積的變化，會導致連軸桿同一截面的不同部位出現次序不一的變化現象，而這種不連續的體積變化，則會改變材料表面的受拉應力分布情況，最終影響了穩定性，其中最常見的表現，就是芯部受壓應力影響過大，在這一應力作用的影響下則會導致中心縮孔處的裂縫發生快速擴展，并且氧化物自身的塑性不理想，在快速變化的應力下無法短時間內協調材料的變形現象，這一機制的影響下將會導致樣品在多方面因素的影響下出現斷裂，這也是本次連接桿結構破壞的根本原因。

2.處理措施

根據上述實驗分析中對42CrMo鋼連接桿斷裂問題的研究，本文認為為了避免上述問題發生，相關人員應重點關注42CrMo鋼的調質處理工藝，掌握正確的質量控制方案，其中的操作重點包括：（1）當42CrMo鋼工件從加熱爐轉移至冷卻槽時應嚴格控制速度，一般工件入水時的溫度低于Ar3的臨界點可能造成分解，導致工件的淬火組織不完全，其硬度性能也達不到質量規范。所以在生產中需要嚴格控制時間。（2）工件裝爐應嚴格控制，一般為1-2層，這是因為工件在相互疊加的情況下會導致加熱不均勻而影響硬度，這是42CrMo鋼在加工中應重點考慮的問題。（3）工件在入水時應保持一定的距離，避免工件距離過密而影響蒸氣膜破裂，這一現象會導致工件接近面的硬度不達標。（4）開爐淬火時應注意的是，不能一口氣淬完，而是要關注爐溫的下降情況，必要時可選擇中途閉爐使其溫度重新升高，這種處理方法可以確保加工前后的工件硬度相同。（5）密切關注冷卻液的溫度與質量，例如在42CrMo鋼加工過程中要確保冷卻液無泥漿、油污等污染物，若發生上述問題可能會造成工件的硬度不達標。（6）應嚴格落實質量管理條例，一般在淬火后42CrMo鋼材料的硬度偏低時可選擇調整回火溫度的方法來實現硬度質量要求;但是淬火后工件硬度過低的質量缺陷時有發生，針對該質量缺陷則需要重新淬火，不能以中溫或低溫回火達到質量要求為標準，若沒有解決上述問題則有可能引發更嚴重的質量缺陷。

結束語：

42CrMo鋼連接桿斷裂原因復雜，可能是多因素綜合作用結果，所以為了能夠滿足汽車安全行駛的質量要求，需要工作人員能夠轉變工作思路，強化質量控制與管理，嚴格控制42CrMo鋼的加工過程，掌握42CrMo鋼加工的相關技術規范，這樣才能進一步提高加工質量，有效降低42CrMo鋼連接桿斷裂的發生率。

參考文獻：

[1]張斌，薛振峰，鄭毅，等.42CrMo鋼車軸熱處理工藝[J].機械工程與自動化，2021（05）：147-149.

[2]張志星，任巖平，高恒，等.42CrMo鋼離子滲氮層組織對沖擊磨損性能的影響[J].機械強度，2021，43（02）：300-307.

作者簡介：

李旭（1987年7月—），男，漢族，河北石家莊市人，本科畢業，工程師，研究方向：金屬壓延加工。62CDF2E7-8076-4C97-B504-3C3A2803B2DA