汽车右前支柱活塞杆断裂失效分析

2015-11-16邱世洵

金属加工(热加工) 2015年19期

关键词：活塞杆铁素体淬火

■邱世洵

1. 基本情况

某公司生产的微型汽车右前支柱活塞杆（以下简称活塞杆）采用45钢制造。其主要工艺流程为：来料确认→荒磨→淬火+回火→粗磨→车端面→滚螺纹→校直→精磨→成品。

本次送检的一件活塞杆，装车进行6k m路试过程中，在搓衣板状路面以24km/h行驶时，听到断裂声，检查发现右前支柱总成变形，经拆解后查看到活塞杆断裂（见图1箭头所指处），按设计使用要求，不允许出现这种断裂现象。

2. 检验内容和结果

（1）宏观检查对断裂活塞杆断口面观察可发现（见图2），圆周纵深约1mm的区域断面齐平，而其他区域表现为岩石状的多面体外形，有较强的立体感，这是由于金属晶粒是多面体所致；另外从断面的撕裂棱走向及磨损情况看，可确定活塞杆断裂自左上端开始，并向下端扩展，直至完全破断。由于断口附近无缩颈现象，边缘无剪切唇，故宏观显现为弯曲脆性断口特征。

（2）化学成分对断裂活塞杆进行化学成分分析，结果见表1。可知，所检元素含量与GB/T699—1999标准比对，元素含量符合标准规定的45钢化学成分范围。

（3）金相检验轴向剖开断裂活塞杆（见图2），制备金相试样。试样先在未侵蚀情况下进行显微组织观察，试块中的夹杂物含量按标准GB/T10561—2005评定夹杂物为：硫化物类A0级、氧化铝类B0 级、硅酸盐类C1级、环状氧化物类D1级，故断裂活塞杆的夹杂物级别较低。

图1 断裂活塞杆的宏观状态

图2 断裂活塞杆的断口形貌

图3 断口处外圆周区裂纹特征（50×）

图4 断口处外圆周区基体组织（50×）

图5 断口处原始组织区裂纹特征（50×）

表1 化学成分分析结果（质量分数）（%）

接着观察对比经4%硝酸酒精浸蚀前后的形貌组织特征发现，活塞杆外圆周部位裂纹扩展的相对平缓（见图3箭头所指处），裂纹扩展平缓区属感应淬火区（见图4）；过了感应淬火区是4 5钢的原始组织区，此时裂纹扩展起伏变化较大，表现以沿晶断裂为主（见图5），且看到的原始组织区组织为珠光体+网状铁素体，此种组织约占活塞杆截面面积的80%。另依据GB/T13299—1991标准评定魏氏组织为1级；同时可见裂纹沿网状铁素体扩展的痕迹（见图6）。

再对断裂活塞杆外表层淬回火组织区域察看（见图7），组织按JB/T9204—2008标准评定为较细马氏体4级，属标准规定的合格级别范围。尽管此处的淬回火组织合格，但仅占活塞杆截面面积较小部分，因此对增强活塞杆承载强度只起到极为有限的作用，而活塞杆外表层经淬回火处理主要是为提高表面硬度，从而改善耐磨性能。

（4）性能检测在断裂活塞杆上截取试块，实测结果如表2所示。由表2可见，所检断裂活塞杆淬火表面硬度在技术参数值规定范围，而硬化层深度略低于技术参数规定的下限值。

（5）断口微观检查用扫描电镜对活塞杆断裂部位进行观察，圆周纵深约1mm的淬火区域断面平缓且有显微孔洞，过渡到原始组织区时，可见明显的晶粒多面体外形及其晶粒剥离后形成的孔洞（见图8）；继续提高放大倍数观察可发现，圆周平缓区也出现沿晶断裂形貌，这说明原始网状组织虽经淬回火处理，但对晶间弱化的作用还未能消除，仍保留网状组织的遗传性，且此断面间存在相互摩擦的痕迹（见图9箭头所指处），也表明该区域为先断裂区。

而除圆周平缓区外的原始组织区，沿晶分离断裂破坏呈现的更加明显（见图10），局部还出现河流花样的解理断裂形貌及二次裂纹（见图11箭头所指处），故活塞杆断裂属沿晶+解理微观断裂机理。