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42CrMo轴承断裂失效分析

显微实验室

（深圳市美信检测技术股份有限公司，深圳宝安，518108）

摘要：本文通过经过对失效件进行外观检查、SEM+EDS检查、硬度试验、金相分析、化学成分分析等方法，找到失效原因为：轴颈位置补焊后存在较大的热应力，轴肩过渡圆角位置存在未焊合的缺口，加上轴肩过渡圆角属于易应力集中位置，在扭力作用下未焊合的缺口成为疲劳源，最终导致扭转疲劳断裂失效。

关键词 ：SEM+EDS；硬度试验；金相分析；化学成分分析；疲劳断裂 1 前言

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。

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图1.电机轴

2 检查分析 2.1 外观检查

如图2、图3所示，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。 如图4、图5所示，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。

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如图6所示，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。

如图7所示， 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。

图2. 断口位置外观检查 图3. 断口匹配检查

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图4. P1断口低倍观察

图5. P2断口低倍观察

图6. P2外圆周检查 图7.P2断口低倍观察

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。

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图8.P1断口中间位置SEM观察 图9.P1断口中间位置SEM放大观察

图10.P1断口1/2位置SEM观察 图11.P1断口1/2位置SEM放大观察

图12.P1断口轴肩位置SEM观察 图13.P1轴肩位置SEM放大观察