摇臂断裂技术分析

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1、摇臂断裂技术分析航天九院红阳厂李艳梅周海摘要：针对驻车手制动器摇臂在调试、跑车试验存在的断裂问题，从产品的加工工艺、结构设计等方面进行,通过计量分析与试验、软件模拟等方法总结了摇臂断裂的原因。同时针对摇臂断裂问题提出了改进措施。主题词：摇臂显微组织失效分析机理分析试验1引言我厂先后共有6台驻车制动器总成上的摇臂在装配或跑车试验过程中出现花键齿部位断裂，见图1。该问题的出现严重影响了产品的交付。需进行摇臂断裂故障分析和讨论。图1断裂摇臂2故障定位2.1原材料化学成分分析原材料共三批入厂，其化学成分分析及断裂件的化学成分分析复验情况见表1。表1原材料化学成分分析材料牌号复验单号炉批号分

2、析元素（%）CSPCr40CrXWZ0411-84548CA16820.440.0160.0170.90XWZ0403-30237CB8270.440.0250.0160.88XWZ0402-14337CB8270.410.0250.00040.92XWZ0411-84448CA16820.370.0250.0180.88X200310-25437CB8270.400.0300.0150.98断裂部位0.440.0100.0110.91标准值0.37～0.44≤0.025≤0.0250.80～1.10从复查结果来看，原材料入厂复验情况正常，复验结果均合格，其化学成分符合标准要求，从

3、而排除原材料化学成分对摇臂断裂的影响。2.2工艺复查2.2.1设计状态摇臂产品原材料为40Cr#钢锻件，其热处理状态为：调质241HB～296HB，腰形槽16H11内侧面53HRC～58HRC，硬化层1.2～1.5，花键部分48HRC～53HRC。2.2.2工艺状态82.2.2.1摇臂制造的工艺流程粗加工—调质（调质241-296HB）—精加工—总检—热处理（高频淬火：腰形槽内侧面高频淬火53HRC～58HRC，硬化层1.2～1.5；花键部分48HRC～53HRC）—表（吹砂）—特检（磁探）—表（发兰）—终检经过工艺质量复查，摇臂从零件加工到产品装配的工艺方法没有改变。工艺流程方法

4、对摇臂断裂无影响。2.2.2.2热处理工艺方法由摇臂的加工流程可知，加工流程中有两道热处理工序，其一为调质工序，其二为局部热处理工序。经过工艺复查，调质的热处理工艺参数准确，性能符合要求。经复查，对摇臂花键齿内外圈局部淬火的加热方式均采用外感应圈进行感应加热，只是回火参数根据材料及局部热处理硬度要求的更改作了相应的变动。经分析，由于摇臂花键部位壁厚较小（最小处厚度为5mm），该淬火加热方式将导致该部位淬火后其截面将淬透。由于设计局部热处理硬度要求为48HRC～53HRC，脆性增加，大大增加了产品在该部位的断裂倾向，其影响需要进一步通过失效分析和试验进行验证。2.2.3符合性通过对材

5、料为40Cr摇臂的无损检测质量复查，复查结果见表2。从复查结果看，摇臂均进行了磁粉探伤检测，对存在裂纹缺陷的零件进行了有效的剔除，花键根部无微裂纹存在，产品质量合格，从而排除零件初始裂纹引起的断裂。表2摇臂无损检测记录表序号12345678910探伤编号MT-627MT-630MT-11MT-193-1MT-193-2MT-193-3MT-193-4MT-465MT-466MT-662炉批号37CB827数量2221923225147合格数0221923225147不合格数2000000000序号11121314151617181920探伤编号MT-663MT-664MT-818M

6、T-819MT-536MT-46MT-141MT-142MT-143MT-182炉批号37CB82748CA1682数量16371316121930341合格数16261216101930341不合格数011102000002.4断口分析我厂该产品进行金相分析，内容包括观察金相组织、化学成份、硬度检测等8。从已断裂摇臂上截取试样后用4%HNO3酒精溶液腐蚀观察，发现材料组织为马氏体组织，且在整个横截面均为相同组织（图2、3、4），在零件齿根未发现存在微裂纹（图5），在金相试样磨面上测定显微硬度，发现整个横截面硬度均匀，硬度值为602～628HV1.0，同时对断裂部位上下表面及中间部

7、位测定洛氏硬度，其硬度值均为50HRC。图2断裂横截面边部组织100×图3断裂横截面心部组织100×图4断裂横截面内边缘组织100×图5横截面显微硬度图6横截面显微硬度分布曲线通过以上分析认为手制动器摇臂断裂原因为零件在高频淬火热处理时使零件整个截面淬透，硬化层深度大大超过了设计规定，使整个零件在腰形槽及花键部位整体硬度较高，同时由于高频淬火后不再进行回火处理，也更加使零件脆性加大，高硬度导致产生了较大的脆性，当零件在服役过程中承受较高冲击载荷时由于脆性较大而沿着零件