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1 機電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯 設(shè)計題目: ZQ1080型商用車驅(qū)動橋、后懸架設(shè)計 譯文題目: 不當?shù)臒崽幚碓斐善嚭筝S的失效 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 正文：外文資料譯文 附 件：外文資料原文 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 正文：外文資料譯文 文獻出處：ASM國際2013，P353-358 不當?shù)臒崽幚碓斐善嚭筝S的失效 H. M. Tawancy ? Luai M. Al-Hadhrami 摘要：一段破碎感應(yīng)后橋軸的淬火鋼從翻倒的汽車現(xiàn)場除去，被用來分析并確定故障的原因。光學(xué)金相和掃描電子顯微鏡結(jié)合能量色散譜通過顯微測量來評估該軸的微觀結(jié)構(gòu)和機械強度?；瘜W(xué)分析驗證該軸符合美國鋼鐵協(xié)會的4140鋼，是規(guī)范的。然而,顯微結(jié)構(gòu)的特征和顯微硬度的測量表明,軸是由于熱處理不當而導(dǎo)致脆弱,經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其中裂紋的擴展通過晶間模式中芯內(nèi)切割與相反而發(fā)生。這種現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)的差異有關(guān),我們可以觀察到馬氏體等效至Rc 58硬度的情況下，與RC 25.內(nèi)芯珠光體和鐵素體的混合物的差異，盡管不可能重構(gòu)導(dǎo)致斷裂的事件的精確順序，但它在大的過載且在極硬且脆的情況下，導(dǎo)致車輛的傾覆以及由傾覆的影響帶來的斷裂的情況是可能發(fā)生的。但是,由于氫產(chǎn)生的裂紋萌生生銹和水銹導(dǎo)致車輛的傾覆的可能性是不能被排除的。 關(guān)鍵詞：脆性斷裂，表征，分裂，電子金相，剛的硬度。 1.序言 軸安裝在車輛完成兩個重要的功能：（i）它們傳遞驅(qū)動扭矩，（ii）保持車輪的位置相對于彼此和車輛的車身。在大多數(shù)的商業(yè)車輛，驅(qū)動輪的圓周運動是通過半軸的方法來保持，這是后橋的組成部分。該軸被安裝在輪胎的車輪以及鄰近的差速器和橫跨所述車輛的底部。在使用過程中，軸由于重負荷或急加速經(jīng)常承受著巨大的扭矩，因此，他們由各種等級的硬化鋼制成。然而，由于各種原因，軸可能會由于其疲勞模式而失效，如圖[ 1-5 ] 。在極端的情況下，在駕駛過程中軸的裂紋可能導(dǎo)致車輛傾覆。 后車軸裂紋的典型癥狀是打滑，這類似于車輛的一側(cè)在冰上行駛，也就是俗稱的擺尾。如果驅(qū)動程序不正確響應(yīng)由計數(shù)器轉(zhuǎn)向，即在打滑相同的方向轉(zhuǎn)動前輪，就會出現(xiàn)完整的旋轉(zhuǎn)。因此，軸的裂縫能導(dǎo)致車輛的傾覆特別是發(fā)生在高速行駛中的車輛，比如常發(fā)生在高速公路上。然而，軸斷裂后的影響也可能是由于意外事故引起的。因此，關(guān)鍵問題需要通過各自的失效分析研究調(diào)查，來確定到底是軸的斷裂引起的，或者是因事故引起的。 在目前的情況下，按照從目擊者接收到的信息，車輛以100公里/小時的速度（62英里/小時）行駛在平穩(wěn)的高速公路上，這是在限速范圍內(nèi)時翻倒的車輛。此外，有人說，沒有碰撞參與，也沒有跡象表明司機試圖避免一個對象。由于該事故是致命的沒有任何信息可以從驅(qū)動程序獲得。按照規(guī)范的破碎軸直徑約7厘米是鍛造生產(chǎn)的鋼種生產(chǎn)符合美國鋼鐵協(xié)會的4140有感應(yīng)淬火處理的3 - 4毫米深度。雖然關(guān)于組織和硬度規(guī)格各自是不可用時，通常的情況下要求回火馬氏體有HV 500-550的硬度，內(nèi)芯由鐵素體和珠光體的混合物組成[6,7]。收到從現(xiàn)場取出斷裂的后橋軸的部分，以確定故障的最可能的原因。 2.實驗的方法 有代表性的金相試樣從接收部分的軸拆下，用光學(xué)顯微鏡金相評估結(jié)合使用掃描電子顯微鏡和微量化學(xué)分析采用無窗的X射線探測器。電感耦合等離子體原子光譜法（ICP-AES）是用來測量用的碳含量異常的應(yīng)用鋼的化學(xué)成分，這是由燃燒量熱法測定（CC）。三種類型的標本的研究：（i）在接收狀態(tài)的樣品的視覺檢驗和斷口形貌的表征，（ii）試樣在作為拋光狀態(tài)下以測量橫跨殼體并進入芯的硬度，（iii）樣本在3%硝酸酒精溶液浸蝕顯示在外殼和核心的晶粒結(jié)構(gòu)。一個維氏硬度測試儀是用來測量硬度使用10克負載。 3.實驗結(jié)果與討論 圖1a是后車軸的示意圖示，它顯示出了車輪安裝法蘭附近的斷裂大致位置。該部分照片中被接收用于分析的截面照片顯示于圖1B中。在一般情況下，沒有證據(jù)表明在斷裂附近發(fā)生宏觀變形，但是，可以看到有一些銹在其表面。如可以看到的，斷裂運行垂直于軸的軸線。它公知的是裂縫傳播通常由局部應(yīng)力條件[6,8]來確定。剛才已指出雖然后車軸經(jīng)常遭受沉重的扭矩，扭轉(zhuǎn)或剪切裂縫應(yīng)沿著45度的方向被拉伸斷裂，這是執(zhí)行正常的應(yīng)力[5,6]對比度的方向。因此，通過對圖1B的觀察表明，斷裂是拉伸型，這可能起因于大的過載。 圖?1?(a)?示意圖 顯示后橋半軸的插圖顯示的近似斷裂位置。 (b)?圖a的中受到分 析的那部分軸的照片。 作為接受條件下顯示的斷裂面光光學(xué)宏觀如圖2所示。它觀察到的斷口是由兩個不同的區(qū)域組成：(i)一個相對平整的外圍區(qū)域標記的A，其中的斷裂發(fā)起與深度相對應(yīng)的情況下，和(ii)一個粗糙的核心標志的B最終斷裂發(fā)生的位置。說明這兩個區(qū)域的詳細信息，如在更高的放大倍數(shù)觀察到的光光學(xué)外貌如圖3所示。它是從圖3a觀察A包含匯聚在已斷裂的表面區(qū)域的雪佛龍標志該區(qū)域。如后面所示，在這一地區(qū)的斷裂已由晶間的機制傳播，硫化錳夾雜物可以加強軸的缺口敏感性。如在圖3b中觀察到的核心（B區(qū)）有光澤面斷裂的典型劈裂機理。這些裂紋擴展模式進一步確認是由掃描電鏡觀察顯示以后提供的。同時，它表明，所觀察到的差異，斷裂行為的案例，是由硬化處理產(chǎn)生的核心結(jié)構(gòu)變化引起的。 圖2光學(xué)宏觀圖顯示兩個不同的區(qū)域A(殼體)和B(核心)的斷裂表面。 圖3,：圖2中A和B區(qū)域的光學(xué)宏觀特征在高倍鏡下的圖示， （a）在區(qū)域A雪弗龍標志指向斷裂點所在的平面， （b）B區(qū)域的斷裂面有光澤。 表1：美國鋼鐵協(xié)會的4140鋼的化學(xué)成分(重量 %) 圖表1表明，軸的材料的化學(xué)成分的測量與美國鋼鐵協(xié)會的4140指定的名義成分一致的情況下觀察到的微觀結(jié)構(gòu)是典型的馬氏體，在圖4a表示的例子所示。圖4a表示該軸猝火和未回火而核心被慢慢冷卻。一個更進一步的確認提供了所觀察到的斷裂模式和顯微硬度測量如下所示。圖4b顯示出一個相應(yīng)的能量色散譜顯示出與表1中的指出一致，低濃度的鉬（0.2重量％）的是由低于檢測限的數(shù)據(jù)相一致的鋼元素組成。另一個微觀結(jié)構(gòu)的特點是在圖5的例子顯示了細長硫化錳作為粒子存在。明暗對比周圍粒子的地區(qū)可能是由于高的局部應(yīng)變和/或微裂紋的擇優(yōu)腐蝕。此類夾雜物可以充當中心吸引脫位導(dǎo)致形成的微裂紋[9，10]。同時，它表明，細長顆粒硫化錳能夠促進加氫裂化鋼，特別是如果硬度超過RC 25 [ 11 ]。如后面所示的硬度內(nèi)案件是關(guān)于Rc58。二次電子圖像顯示對應(yīng)的情況下的斷裂表面的典型形貌如圖6所示。很明顯，由晶內(nèi)裂紋擴展機制的情況下發(fā)生，這可能是一個組合的大過載脆性為進一步所示相關(guān)。 鉬 能量 圖4：外殼的微觀結(jié)構(gòu)特征。 （a)背散射電子圖像顯示殼體內(nèi)馬氏體類型組織的情況。 （b)相應(yīng)能量色散?x 射線能譜顯示的鋼的組成元素 圖5：MnS夾雜的情況下觀察到的分析（蝕刻標本）。 （a）背散射電子圖像顯示的夾雜物為在不同的放大倍率（在暗對比度區(qū)域周邊的顆?？赡苁怯捎趽駜?yōu)腐蝕或微裂紋）。 （b）能量色散X射線譜MnS粒子如箭頭所示 圖6：二次電子圖像顯示斷口形貌對應(yīng)于該殼體。（a)總斷裂的形態(tài)表面。 (b)斷裂面在高放大倍率下顯示出裂紋擴展的晶間機制。 圖7：顯示典型的微觀結(jié)構(gòu)的背散射電子像芯（珠光體和鐵素體的混合物中的特征;蝕標本） 圖7說明了核心顯示珠光體和鐵素體的混合物的典型組織。能量色散譜來自核心是與圖4b所表示的相同的斷裂面相應(yīng)的形態(tài)特征圖8中一致的裂紋擴展的斷裂機制由解理臺階反射顯示的箭頭指示，這可能由于高應(yīng)變率的影響發(fā)生傾覆車輛的經(jīng)驗。 圖8：二次電子圖像顯示的形態(tài):斷裂表面相對應(yīng)的核心（接收狀態(tài)）。 （a）低倍圖像顯示典型的解理斷裂。 （b）高倍放大圖像說明裂解步驟如箭頭所示 圖9總結(jié)了測量的硬度（HV10）穿過殼體并進入芯的結(jié)果，和等效RC值。可以看出，硬度表面附近超過650 HV10接近RC 58，大大高于預(yù)期的硬度500–550 HV 。這似乎是符合的結(jié)構(gòu)特征內(nèi)的情況（圖4a）以及斷裂行為（圖6）。 顯微硬度（HV） 硬度(Rc) 表面距離 圖9：整個殼體的維氏硬度分布（HV10）和:成芯的等效RC值（拋光試樣） 上述結(jié)果提示失敗最可能的原因是軸的熱處理工藝控制不當導(dǎo)致案件中的軸的微觀結(jié)構(gòu)的延展性與塑性很差容易發(fā)生脆性斷裂，很明顯軸未受到適當?shù)幕鼗鹛幚?。雖然這是相當困難的重建導(dǎo)致所述軸的斷裂事件的確切序列，這也是可能的，它可能在脆性情況且大過載的情況下導(dǎo)致車輛的傾覆。但是在此基礎(chǔ)上，另一種可能性是由于水的皮卡和一些在表面，生銹的氫致開裂，這是不能被證實的。雖然最后的斷裂還可能通過傾覆和沖擊相關(guān)聯(lián)的高應(yīng)變速率發(fā)生，不能排除斷裂的唯一原因是該車輛傾覆的可能性。 4.總結(jié) 由以上可得本案例的結(jié)論是：問題的根源是脆化的情況下，熱處理不當。雖然這是難以確定的斷裂機制，它可能是由于大過載導(dǎo)致開裂的可能性，但是由于氫產(chǎn)生的銹以及水拾取也不能被排除。然而，最終的斷裂有著可能導(dǎo)致車輛傾覆的影響。另一種可能是，軸的斷裂對車輛傾覆完全負責。 7 附件：外文資料原文