34MnB5 钢汽车空心稳定杆疲劳失效分析

2020-10-29汪永国吴胜付

科技视界 2020年28期

刘阳汪永国崔磊马聪吴胜付

（马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽马鞍山 243000）

0 引言

汽车稳定杆能够防止汽车车身发生较大的横向倾斜和横向角振动，从而在车辆转弯或者颠簸时起到提高驾驶员及乘客的舒适性[1]。某车型新开发的空心稳定杆在台架试验过程中提前发生疲劳失效，疲劳试验结果约为15 万次，未达到要求的25 万次，而同批次的其他零件疲劳试验结果基本约为40 万次。该零件材质均为34MnB5-P 酸洗板，零件加工工艺流程为：酸洗板→分条→焊接→热处理（退火）→酸洗润滑→冷拔→热处理（正火）→矫直切管（精密钢管）→冷弯成型→热处理（淬火+回火）→矫正→（内防腐）→端头加工→喷丸→磷化→涂装→成品[2-5]。由于提前失效零件的化学成分、洛氏硬度检测均满足技术规范要求，因此本文通过对失效零件开展断口形貌及组织进行分析，以确定该零件提前断裂失效原因。

1 试验结果和分析

1.1 断口形貌

零件断裂位置位于稳定杆右侧橡胶固定点，断口宏观形貌如图1a，可以看出断口基本与钢管轴向垂直，其断口呈现出典型的扭转疲劳断口，且该断口可以分为2 个（裂纹扩展区、过载瞬断区）部分。采用扫描电镜对断口进行观察，结果如图 1（b～d）。可以看出：（1）裂纹起裂点均位于管内壁，从内壁首先向外壁扩展贯穿，然后沿着管壁向两侧扩展；（2）起裂点位置附近未见明显的凹坑、夹杂物等缺陷；（3）裂纹起裂点附近及扩展区呈现典型的脆性断口特征，由于受到交变应力作用，使得垂直于裂纹扩展方向存在明显的微裂纹；（4）过载瞬断位置呈现典型的韧窝形貌，为典型的韧性断裂。

图1 断口SEM 形貌

1.2 金相组织

通过对断口形貌分析，找出裂纹起裂点对应位置，并在试样上标注。如图2（a）所示，对断口附近的横截面进行金相分析，结果如图2。可以看出：（1）裂纹起裂位置非焊缝位置（如图2b），表明开裂非焊接原因导致；（2）金相组织为回火马氏体。此外，外壁未见明显脱碳（如图2d），内壁存在明显的脱碳层，局部位置全脱碳层厚度为 20～30 μm（如图 2e、2f）。这可能与零件加工过程中对外壁进行喷丸强化处理有关。

图2 断口金相组织

为进一步分析导致内、外壁脱碳层差异产生的工序，选取同批次生产的精密钢管及疲劳寿命约为40 万次的零件取样进行金相观察，结果如图3。可以看出：（1）精密钢管组织为铁素体+珠光体（如图3a），且内壁没有全脱碳层；（2）疲劳寿命合格的零件内壁仅局部位置发生轻微脱碳，未见明显的全脱碳层（如图3b）；（3）结合零件生产工序可知，导致内壁产生全脱碳的工序为冷弯成型后的正火热处理过程中。