变速器输出轴断裂分析

张志强 王福平

摘 要：利用元素成分检测、金相检测、硬度检测、SEM分析和EDS分析等方法， 对材料为20CrMnTiH的某车型变速器输出轴进行失效分析。 结果表明， 原材料晶界Cr、Mn元素偏析是变速器输出轴脆性沿晶断裂的根本原因。

关键词：变速器；输出轴；断裂；偏析

1失效情况

某车型在新疆行驶时发生变速器输出轴断裂事件，断裂时的行车里程为2000公里，输出轴材料为20CrMnTiH，经淬火-回火-抛丸热处理工艺，技术要求：表面硬度HRC58～64，心部硬度HRC30～43。

2 检测

2.1 断口形貌

对输出轴断口进行分析，发现断裂位置在输出轴变径倒角处，锻造时变形量较大（见图1）。扫描电子显微镜下观察其断口形貌，整个断口呈脆性沿晶断裂特征（见图2）。

图1 宏观外形

图2 断口形貌

2.2 金相检测

将输出轴沿轴向剖开，磨抛，在未经腐蚀下进行观察[1]，发现断口附近存在严重的晶界偏析（见图3）。在扫描电子显微镜下观察，与金相观察试样状态相同，不仅可以清晰的看到晶界偏析，还发现偏析的位置已出现开裂（见图4）。

图3 偏析（光学显微镜）

图4 偏析（扫描电子显微镜）

对输出轴样块腐蚀后进行观察[1]，表层组织为针状马氏体，心部组织为板条状马氏体+残余奥氏体，心部马氏体组织转变不充分（见图5）。

图5 微观组织

2.3 EDS分析

选取偏析位置进行EDS面扫描分析，发现偏析处Cr、Mn聚集，含量偏高（见图6）。

图6 EDS面扫描分析

2.4 成分检测

取输出轴断口附近试样进行化学成分检测[2]，结果如下：

2.5 硬度检测

截取输出轴中裂纹横截面与纵截面进行洛氏硬度检测[3]，与非裂纹区横截面硬度进行比较，结果见表2。……