20CrNiMo钢联动轴寿命测试断裂原因分析

阚亚威

镇江液压股份有限公司 江苏镇江 212000

1 序言

20CrNiMo钢属于低碳合金钢，常用于制造中小型汽车、拖拉机的发动机和传动系统中的齿轮。摆线液压马达联动轴，在马达寿命试验时发生断裂。该型联动轴在进行寿命试验时，承受扭矩为600N·m，转速180r/min，寿命要求＞60h，此次寿命试验共测试3次，均在6～8h出现了断裂，为此与以往的齿面疲劳磨损导致的失效形成进行了对比。现对其中1根断裂的联动轴进行原因分析。该零件由20CrNiMo钢棒料加工制造，其生产工艺流程为：下料→车削→滚齿→热处理→抛丸→清洗→成检。

2 检验过程与结果

（1）宏观检测 联动轴断裂宏观形貌如图1所示，联动轴在反复扭转应力作用下，轴心部有少量的塑性变形，扭转断口与轴向呈45°角，断口部分呈锯齿状，结合失效时间，初步判定为扭转疲劳断裂。

图1 联动轴断裂宏观形貌

（2）化学成分分析 对该联动轴化学成分进行分析，结果见表1。化学成分符合要求。

表1 化学成分（质量分数）检测结果 （%）

（3）硬度检测 该零件技术要求：表面硬度57～62HRC，心部硬度30～45HRC，有效硬化层深度为0.6～0.9mm。该联动轴表面硬度59～60HRC，心部硬度35～37HRC，有效硬化层深度为0.79mm，符合技术要求。

（4）金相检验 该零件热处理金相组织要求：表层回火马氏体≤5级，残留奥氏体≤5级，碳化物≤3级。如图2所示，该联动轴表层回火马氏体为5级，残留奥氏体为5级，碳化物为1级，符合技术要求。对断口处进行非金属夹杂物的检测（见图3）测试结果：A1.0，B3.0，C0.5，D3.0，DS0.5，发现断口附近有大量B类、D类非金属夹杂物。

图2 金相组织

图3 非金属夹杂物的检测