锚栓42CrMo成分分析 42CrMo材料材质检测
失效件为汽车电机轴,材质为42CrMo,热处理工艺为调质处理,机加工顺序为车、磨、铣。该电机轴在使用4年左右,轴承损坏并更换过轴承,更换轴承后使用一段时间发生断轴,断面正好与轴承背面贴平。如图1所示,断裂位置位于P1和P2之间,P2和P3本为一体,厂家已将P2、P3之间部分锯切掉,此部分距离断口较远,不影响断轴原因分析。
2 检查分析
2.1 外观检查
断口两部分能无缝对接,无明显塑性变形;P1靠近断口部分表面呈高温氧化色,大约占半根轴的长度,断口位于大径与小径几何尺寸突变台阶的R角。
P1断口外圈亮色且有同心圆周痕的位置为轴肩台阶面,靠近外表面有熔珠状金属黏附在表面,熔珠呈高温氧化色;断口外圈基本上已被摩擦撞击破坏,只有中间区域断口完好,可观察到明显的扭转疲劳条纹。
P2表面具有明显圆周方向、宽度一致的摩擦痕迹,摩擦痕较浅,为轴颈位置;在轴颈的两侧可观察到明显未熔合金属层,结合P1断口表面存在熔珠现象,推断电机轴可能存在补焊,后续通过金相分析和SEM/EDS分析再验证。
P2断口平整,断面与轴向垂直,断口外表面多处存在缺口及裂纹,缺口内表面呈氧化色且有较多污染物;断口外圈光滑且呈暗色,占整个断口面积3/4左右,部分亮色区域为断轴后撞击摩擦形成;中心区域若干同心圆状的扭转疲劳条纹,占整个断口面积1/4左右,呈扭转疲劳特征。
2.2 SEM+EDS检查
如图8-图13所示,P1断口边缘为轴肩位置,可观察到明显的熔珠;断口外圈大部分区域已被摩擦撞击破坏,未破坏区域呈暗色,表面光滑,为穿晶解理特征;断口心部可观察到明显的同心圆形疲劳条带,为扭转疲劳断口。
如图14-图19所示,P2断口形貌与P1类似,外边存在较多缺口,对缺口金相EDS微区成分分析,结果见表1,外边缘成分与心部成分存在差异(外边缘不含Cr、Mn),确认外边缘不同形貌位置为补焊层。
表1.P2断口边缘EDS分析结果(wt%)
Spectrum | C | O | Na | Al | Si | P | Cl | Ca | Cr | Mn | Fe | Total |
1 | 13.2 | 16.8 | 0.8 | / | 1.0 | / | 0.5 | / | / | / | 67.8 | 100.0 |
2 | 5.4 | 5.0 | / | 0.9 | 1.3 | 0.5 | / | 0.7 | 1.3 | 0.6 | 84.2 | 100.0 |
2.3 硬度试验
按GB/T 230.1-2009标准方法检验失效件横截面心部和外表面硬度,结果记入表2。
GB/T 3077-199中42CrMo的淬火+回火(调质处理)工艺后的硬度要求为≤217HBW,参照ASTM E140-05E1《金属标准硬度换算表》标准转换成洛氏硬度约为20HRC,心部硬度偏高,外表面硬度偏低。
表2. 硬度检查结果(HRC)
测试位置 | 1 | 2 | 3 | 平均值 |
外表面 | 9.0 | 11.2 | 15.8 | 12.0 |
心部 | 27.3 | 27.8 | 28.2 | 27.8 |
2.4 金相分析
如图20-图25所示,沿P1轴向做切片,抛光腐蚀后发现轴表面与心部组织具有不同组织,界限明显,确定轴承装配位置存在补焊操作,断口位于补焊边缘的热影响区,将图中不同组织区域依次标记为A、B、C:A为补焊熔融区,B为轴热影响区,C为轴基材,金相组织依次:A区为网状、粗针状铁素体+粒状和针状马氏体+针片状魏氏体,按GB/T1329-1991评定魏氏体组织为B系列5级;B区为少量粒状体铁素体基体珠光体;C区为少量针状魏氏体+保留马氏体位向的针状索氏体,心部带状组织明显,按GB/T1329-1991评定带状组织级别为C系列5级。
2.5 化学成分分析
采用ICP分析电机轴材质成分,分析结果见表3,与GB/T 3077-1999对照,符合42CrMo牌号钢材的标准要求,无错料现象。
表3:化学元素分析结果(wt%)
元素 | 测试结果(%) | 检出限(%) | 3标准要求(%) |
碳(C) | 0.4162 | 0.0010 | 0.38~0.45 |
硫(S) | 0.0053 | 0.0005 | ≤0.25 |
硅(Si) | 0.2530 | 0.0010 | 0.17~0.37 |
锰(Mn) | 0.7595 | 0.0010 | 0.50~0.80 |
磷(P) | 0.0137 | 0.0010 | ≤0.25 |