1、1机电工程学院毕业设计外文资料翻译设计题目: ZQ1080型商用车驱动桥、后悬架设计 译文题目: 不当的热处理造成汽车后轴的失效 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 正文：外文资料译文 附 件：外文资料原文 指导教师评语： 签名： 年 月 日正文：外文资料译文文献出处：ASM国际2013，P353-358不当的热处理造成汽车后轴的失效H. M. Tawancy Luai M. Al-Hadhrami 摘要：一段破碎感应后桥轴的淬火钢从翻倒的汽车现场除去，被用来分析并确定故障的原因。光学金相和扫描电子显微镜结合能量色散谱通过显微测量来评估该轴的微观结构和机械强度。化学分析验证该轴符合美
2、国钢铁协会的4140钢，是规范的。然而,显微结构的特征和显微硬度的测量表明,轴是由于热处理不当而导致脆弱,经发现，其中裂纹的扩展通过晶间模式中芯内切割与相反而发生。这种现象与微观结构的差异有关,我们可以观察到马氏体等效至Rc 58硬度的情况下，与RC 25.内芯珠光体和铁素体的混合物的差异，尽管不可能重构导致断裂的事件的精确顺序，但它在大的过载且在极硬且脆的情况下，导致车辆的倾覆以及由倾覆的影响带来的断裂的情况是可能发生的。但是,由于氢产生的裂纹萌生生锈和水锈导致车辆的倾覆的可能性是不能被排除的。关键词：脆性断裂，表征，分裂，电子金相，刚的硬度。1.序言轴安装在车辆完成两个重要的功能：（i）它
3、们传递驱动扭矩，（ii）保持车轮的位置相对于彼此和车辆的车身。在大多数的商业车辆，驱动轮的圆周运动是通过半轴的方法来保持，这是后桥的组成部分。该轴被安装在轮胎的车轮以及邻近的差速器和横跨所述车辆的底部。在使用过程中，轴由于重负荷或急加速经常承受着巨大的扭矩，因此，他们由各种等级的硬化钢制成。然而，由于各种原因，轴可能会由于其疲劳模式而失效，如图 1-5 。在极端的情况下，在驾驶过程中轴的裂纹可能导致车辆倾覆。后车轴裂纹的典型症状是打滑，这类似于车辆的一侧在冰上行驶，也就是俗称的摆尾。如果驱动程序不正确响应由计数器转向，即在打滑相同的方向转动前轮，就会出现完整的旋转。因此，轴的裂缝能导致车辆的倾
4、覆特别是发生在高速行驶中的车辆，比如常发生在高速公路上。然而，轴断裂后的影响也可能是由于意外事故引起的。因此，关键问题需要通过各自的失效分析研究调查，来确定到底是轴的断裂引起的，或者是因事故引起的。 在目前的情况下，按照从目击者接收到的信息，车辆以100公里/小时的速度（62英里/小时）行驶在平稳的高速公路上，这是在限速范围内时翻倒的车辆。此外，有人说，没有碰撞参与，也没有迹象表明司机试图避免一个对象。由于该事故是致命的没有任何信息可以从驱动程序获得。按照规范的破碎轴直径约7厘米是锻造生产的钢种生产符合美国钢铁协会的4140有感应淬火处理的3 - 4毫米深度。虽然关于组织和硬度规格各自是不可用
5、时，通常的情况下要求回火马氏体有HV 500-550的硬度，内芯由铁素体和珠光体的混合物组成6,7。收到从现场取出断裂的后桥轴的部分，以确定故障的最可能的原因。2.实验的方法 有代表性的金相试样从接收部分的轴拆下，用光学显微镜金相评估结合使用扫描电子显微镜和微量化学分析采用无窗的X射线探测器。电感耦合等离子体原子光谱法（ICP-AES）是用来测量用的碳含量异常的应用钢的化学成分，这是由燃烧量热法测定（CC）。三种类型的标本的研究：（i）在接收状态的样品的视觉检验和断口形貌的表征，（ii）试样在作为抛光状态下以测量横跨壳体并进入芯的硬度，（iii）样本在3%硝酸酒精溶液浸蚀显示在外壳和核心的晶粒
6、结构。一个维氏硬度测试仪是用来测量硬度使用10克负载。3.实验结果与讨论图1a是后车轴的示意图示，它显示出了车轮安装法兰附近的断裂大致位置。该部分照片中被接收用于分析的截面照片显示于图1B中。在一般情况下，没有证据表明在断裂附近发生宏观变形，但是，可以看到有一些锈在其表面。如可以看到的，断裂运行垂直于轴的轴线。它公知的是裂缝传播通常由局部应力条件6,8来确定。刚才已指出虽然后车轴经常遭受沉重的扭矩，扭转或剪切裂缝应沿着45度的方向被拉伸断裂，这是执行正常的应力5,6对比度的方向。因此，通过对图1B的观察表明，断裂是拉伸型，这可能起因于大的过载。图1(a)示意图 显示后桥半轴的插图显示的近似断裂
7、位置。(b)图a的中受到分 析的那部分轴的照片。 作为接受条件下显示的断裂面光光学宏观如图2所示。它观察到的断口是由两个不同的区域组成：(i)一个相对平整的外围区域标记的A，其中的断裂发起与深度相对应的情况下，和(ii)一个粗糙的核心标志的B最终断裂发生的位置。说明这两个区域的详细信息，如在更高的放大倍数观察到的光光学外貌如图3所示。它是从图3a观察A包含汇聚在已断裂的表面区域的雪佛龙标志该区域。如后面所示，在这一地区的断裂已由晶间的机制传播，硫化锰夹杂物可以加强轴的缺口敏感性。如在图3b中观察到的核心（B区）有光泽面断裂的典型劈裂机理。这些裂纹扩展模式进一步确认是由扫描电镜观察显示以后提供的
8、。同时，它表明，所观察到的差异，断裂行为的案例，是由硬化处理产生的核心结构变化引起的。图2光学宏观图显示两个不同的区域A(壳体)和B(核心)的断裂表面。图3,：图2中A和B区域的光学宏观特征在高倍镜下的图示，（a）在区域A雪弗龙标志指向断裂点所在的平面，（b）B区域的断裂面有光泽。表1：美国钢铁协会的4140钢的化学成分(重量 %)图表1表明，轴的材料的化学成分的测量与美国钢铁协会的4140指定的名义成分一致的情况下观察到的微观结构是典型的马氏体，在图4a表示的例子所示。图4a表示该轴猝火和未回火而核心被慢慢冷却。一个更进一步的确认提供了所观察到的断裂模式和显微硬度测量如下所示。图4b显示出一
9、个相应的能量色散谱显示出与表1中的指出一致，低浓度的钼（0.2重量）的是由低于检测限的数据相一致的钢元素组成。另一个微观结构的特点是在图5的例子显示了细长硫化锰作为粒子存在。明暗对比周围粒子的地区可能是由于高的局部应变和/或微裂纹的择优腐蚀。此类夹杂物可以充当中心吸引脱位导致形成的微裂纹9，10。同时，它表明，细长颗粒硫化锰能够促进加氢裂化钢，特别是如果硬度超过RC 25 11 。如后面所示的硬度内案件是关于Rc58。二次电子图像显示对应的情况下的断裂表面的典型形貌如图6所示。很明显，由晶内裂纹扩展机制的情况下发生，这可能是一个组合的大过载脆性为进一步所示相关。 钼 能量图4：外壳的微观结构特
10、征。（a)背散射电子图像显示壳体内马氏体类型组织的情况。（b)相应能量色散x 射线能谱显示的钢的组成元素图5：MnS夹杂的情况下观察到的分析（蚀刻标本）。（a）背散射电子图像显示的夹杂物为在不同的放大倍率（在暗对比度区域周边的颗粒可能是由于择优腐蚀或微裂纹）。（b）能量色散X射线谱MnS粒子如箭头所示图6：二次电子图像显示断口形貌对应于该壳体。（a)总断裂的形态表面。(b)断裂面在高放大倍率下显示出裂纹扩展的晶间机制。图7：显示典型的微观结构的背散射电子像芯（珠光体和铁素体的混合物中的特征;蚀标本）图7说明了核心显示珠光体和铁素体的混合物的典型组织。能量色散谱来自核心是与图4b所表示的相同的断
11、裂面相应的形态特征图8中一致的裂纹扩展的断裂机制由解理台阶反射显示的箭头指示，这可能由于高应变率的影响发生倾覆车辆的经验。图8：二次电子图像显示的形态:断裂表面相对应的核心（接收状态）。（a）低倍图像显示典型的解理断裂。（b）高倍放大图像说明裂解步骤如箭头所示 图9总结了测量的硬度（HV10）穿过壳体并进入芯的结果，和等效RC值。可以看出，硬度表面附近超过650 HV10接近RC 58，大大高于预期的硬度500550 HV 。这似乎是符合的结构特征内的情况（图4a）以及断裂行为（图6）。显微硬度（HV） 硬度(Rc)表面距离图9：整个壳体的维氏硬度分布（HV10）和:成芯的等效RC值（抛光试样
12、） 上述结果提示失败最可能的原因是轴的热处理工艺控制不当导致案件中的轴的微观结构的延展性与塑性很差容易发生脆性断裂，很明显轴未受到适当的回火处理。虽然这是相当困难的重建导致所述轴的断裂事件的确切序列，这也是可能的，它可能在脆性情况且大过载的情况下导致车辆的倾覆。但是在此基础上，另一种可能性是由于水的皮卡和一些在表面，生锈的氢致开裂，这是不能被证实的。虽然最后的断裂还可能通过倾覆和冲击相关联的高应变速率发生，不能排除断裂的唯一原因是该车辆倾覆的可能性。4.总结 由以上可得本案例的结论是：问题的根源是脆化的情况下，热处理不当。虽然这是难以确定的断裂机制，它可能是由于大过载导致开裂的可能性，但是由于氢产生的锈以及水拾取也不能被排除。然而，最终的断裂有着可能导致车辆倾覆的影响。另一种可能是，轴的断裂对车辆倾覆完全负责。7附件：外文资料原文
