对42CrMo钢连轴杆开裂原因的分析及处理

摘  要：在汽车领域，42CrMo钢连轴杆开裂问题不容忽视，本文将通过实验分析法，当42CrMo钢连轴杆发生开裂现象后采用多种方法对端口位置进行检测与分析，确定了联轴杆开裂的原因并提出了处理措施，希望为进一步提升连轴杆性能提供支持。

关键词：42CrMo钢;连轴杆开裂;淬火工艺;夹杂物

前言：

连轴杆在车辆正常行驶中发挥着重要作用，其性能关乎安全行驶水平，近些年为了提升连轴杆的物理性能，多来越多的学者开始探索42CrMo钢等相关材料在连轴杆中的应用，并取得了满意效果。作为一种具有良好物理性能的金属，42CrMo钢连轴能够满足复杂条件下车辆行驶的要求，值得关注。

1.连轴杆开裂原因分析

1.1背景分析

某连轴杆采用了42CrMo钢为主要原材料，该连轴杆的半径为21.5mm，在连轴杆调至处理后，发现该装置在使用期间出现了较为严重的裂纹现象。

1.2理化检验分析

1.2.1检测化学成分

在获得42CrMo钢连轴杆的样本之后，本文通过火花放电直读光谱仪对该材料的化学成分进行检测，最终检测结果显示，该样本中的各项成分均符合《合金钢结构》中提出的质量规范，证明该42CrMo钢在生产制造中无化学成分异常等质量缺陷。

1.2.2样本的低倍检测

在低倍检测环节，本次研究中在断口周围取横向试样，根据试样的检测结果发现，该材料在芯部存在明显的质量缺陷，缺陷在连杆的不同位置表现不同，但整体是从芯部向表面扩散，因此认为该质量问题可能是造成连轴杆开裂的主要原因。因此决定按照相关规定，使用缺陷酸蚀检验法进行评估，在取横向试样之后酸浸。最终酸浸后的试验结果显示，该连轴杆中的缺陷分类主要表现为中心疏松，且表面位置为残余缩孔等。

1.2.3金相组织检验

根据样品端口位置的试样开展金相分析后，根据分析结果发现了连杆内部伴有明显的条带状间隔残余缩孔;之后开展硝酸酒精溶液腐蚀试样后，最终的检测结果证明芯部与术残余缩孔的褶皱裂缝位置的显微组织为回火索氏体，且无脱碳等现象。

1.2.4电镜分析

电镜分析中使用钨灯丝扫描电子显微镜对样本进行检测，观察断口形态与抛光后的纵向试样形态等，最终的检测结果发现，该样本的断口以解理形貌，表现为明显的脆性断裂特征，且在晶界位置发现明显的疏松特性，无其他夹杂物。之后根据对样本的抛光检测后，电镜检测发现了裂纹位置中富含大量的铁氧化物，无其他夹杂物。

1.3对断裂原因的分析与讨论

根据本文对断裂样本的检测结果可以发现，样本的芯部与边部与裂纹两侧等均为回火索氏体组织，且未发现魏氏体组织，并且在进一步观察后本次严重中未发现连接杆在加工过程中存在过烧以及过热等质量缺陷，因此现场调查中可以认定其热处理工艺以及操作方法等基本正常，由此可以排除因为热处理质量缺陷而造成的裂纹现象[1]。

同时在进一步观察中可以发现，本次试验中根据断口周围的试样观察后，发现了样本的芯部存在严重的质量缺陷，表现为从芯部扩展直至连接杆表面，出现了大小不同的裂纹，并且酸浸的检测结果与显示，该裂纹的主要缺陷表现为疏松孔以及残余缩孔等，在试样的不同位置上其疏松的表现形式也存在较大差异。其中残余缩孔主要眼样本做纵向分布，表现为解理形貌，此时通过对样本展开能谱检测后，发现断裂处存在大量铁氧化物。断口与纵向样本的裂缝周围未发现其他夹杂物等。此时根据端口与纵向样本裂缝的检查后，在列更周围位置未发现夹杂物，本文根据端口周围的微观形貌展开分析后，认为出现这一现象的主要原因，是在42CrMo钢连轴杆生产过程中，因为钢水过热或者冷却速度变化等造成生产工艺波动，由此会导致原材料出现了一系列的中心缩孔现象，而在中心縮孔较为严重的情况下，即使采取了连续轧制的生产工艺也不能有效愈合缺陷，所以在后期的加工处理中会导致连接杆内部出现了氧化物，而氧化物的出现会对整个连接杆结构的稳定性产生影响，这可能是导致42CrMo钢连接杆断裂的主要原因。

而现代研究认为，样品淬回火过程中，会导致原材料表层出现奥氏体到马氏体的转变过程，之后则是芯部奥氏体向马氏体的转变，在这个变化下会导致钢结构的比容出现变化[2]。在42CrMo钢加工过程中，随着样品体积的变化，会导致连轴杆同一截面的不同部位出现次序不一的变化现象，而这种不连续的体积变化，则会改变材料表面的受拉应力分布情况，最终影响了稳定性，其中最常见的表现，就是芯部受压应力影响过大，在这一应力作用的影响下则会导致中心缩孔处的裂缝发生快速扩展，并且氧化物自身的塑性不理想，在快速变化的应力下无法短时间内协调材料的变形现象，这一机制的影响下将会导致样品在多方面因素的影响下出现断裂，这也是本次连接杆结构破坏的根本原因。

2.处理措施

根据上述实验分析中对42CrMo钢连接杆断裂问题的研究，本文认为为了避免上述问题发生，相关人员应重点关注42CrMo钢的调质处理工艺，掌握正确的质量控制方案，其中的操作重点包括：（1）当42CrMo钢工件从加热炉转移至冷却槽时应严格控制速度，一般工件入水时的温度低于Ar3的临界点可能造成分解，导致工件的淬火组织不完全，其硬度性能也达不到质量规范。所以在生产中需要严格控制时间。（2）工件装炉应严格控制，一般为1-2层，这是因为工件在相互叠加的情况下会导致加热不均匀而影响硬度，这是42CrMo钢在加工中应重点考虑的问题。（3）工件在入水时应保持一定的距离，避免工件距离过密而影响蒸气膜破裂，这一现象会导致工件接近面的硬度不达标。（4）开炉淬火时应注意的是，不能一口气淬完，而是要关注炉温的下降情况，必要时可选择中途闭炉使其温度重新升高，这种处理方法可以确保加工前后的工件硬度相同。（5）密切关注冷却液的温度与质量，例如在42CrMo钢加工过程中要确保冷却液无泥浆、油污等污染物，若发生上述问题可能会造成工件的硬度不达标。（6）应严格落实质量管理条例，一般在淬火后42CrMo钢材料的硬度偏低时可选择调整回火温度的方法来实现硬度质量要求;但是淬火后工件硬度过低的质量缺陷时有发生，针对该质量缺陷则需要重新淬火，不能以中温或低温回火达到质量要求为标准，若没有解决上述问题则有可能引发更严重的质量缺陷。

结束语：

42CrMo钢连接杆断裂原因复杂，可能是多因素综合作用结果，所以为了能够满足汽车安全行驶的质量要求，需要工作人员能够转变工作思路，强化质量控制与管理，严格控制42CrMo钢的加工过程，掌握42CrMo钢加工的相关技术规范，这样才能进一步提高加工质量，有效降低42CrMo钢连接杆断裂的发生率。

参考文献：

[1]张斌，薛振峰，郑毅，等.42CrMo钢车轴热处理工艺[J].机械工程与自动化，2021（05）：147-149.

[2]张志星，任岩平，高恒，等.42CrMo钢离子渗氮层组织对冲击磨损性能的影响[J].机械强度，2021，43（02）：300-307.

作者简介：

李旭（1987年7月—），男，汉族，河北石家庄市人，本科毕业，工程师，研究方向：金属压延加工。62CDF2E7-8076-4C97-B504-3C3A2803B2DA