Page 75 - 理化检验-物理分册2021年第九期
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DOI : 10.11973 / lh jy -wl202109014
40Cr 钢汽车转向弯臂断裂原因
欧雪雁
( 安徽江淮汽车集团股份有限公司, 合肥 230022 )
摘 要: 某40Cr钢汽车转向弯臂出现断裂故障, 通过宏观分析、 微观分析、 化学成分分析、 硬度
测试、 金相检验、 受力分析、 强度校核等方法对转向弯臂的断裂原因进行了分析。结果表明: 转向弯
臂断裂形式为双向弯曲疲劳断裂。断裂的根本原因是在弯臂R 角表面存在机加工刀痕, 产生了应
力集中, 且感应淬火表面热处理强化作用不足, 使截面变化的过渡区 R 角处未能有效淬火而存在
残余拉应力, 导致裂纹在此处萌生, 在转向循环应力作用下裂纹扩展直至发生疲劳断裂。
关键词: 转向弯臂; 感应淬火; 应力集中; 疲劳断裂; 40Cr钢; 残余拉应力
中图分类号: TG115 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 09-0059-05
CauseofFractureon40CrSteelAutomobileSteerin gBendin gArm
OUXue y an
( AnhuiJian g huaiAutomobileGrou pCo. , Ltd. , Hefei230022 , China )
Abstract : The40Crsteelsteerin gautomobilebendin garmfractured.Thecausesoffractureonsteerin g
bendin g armwereanal y zedb ymeansofmacroanal y sis , microanal y sis , chemicalcom p ositionanal y sis , hardness
test , metallo g ra p hicins p ection , stressanal y sisandstren g thcheck.Theresultsshowthatthefractureformof
steerin gbendin g armisbidirectionalbendin g fati g uefracture.Therootcauseofthefracturewasthattherewere
machinin gtool marksontheR cornersurfaceofbendin garm , resultin ginstressconcentration.Andthe
stren g thenin g effectofinductionq uenchin gsurfaceheattreatmentwasinsufficient , sothattheR cornerofthe
transitionareawithcross-sectionchan g ecannotbeeffectivel yq uenchedandtherewasresidualtensilestress ,
resultin g incrackinitiationhere , andthecrackex p andeduntilfati g uefracturedundertheactionofsteerin gc y clic
stress.
Ke y words : steerin gbendin garm ; inductionq uenchin g ; stressconcentration ; fati g uefracture ; 40Crsteel ;
residualtensilestress
转向弯臂是汽车转向系统的重要安全零件, 在 1 理化检验
前进、 倒车时具有左右转向的功能, 其服役时承受转
向器输出轴、 转向摇臂、 直拉杆及球销传递的拉、 压、 1.1 宏观分析
弯曲循环应力。某型号的转向弯臂材料为40Cr钢, 转向弯臂( 简称弯臂) 的工艺结构和断裂位置见
生产工艺流程主要有热锻成形、 调质处理、 机加工、 图1 , 可见图纸要求断裂处结构为大端直径 38mm 、
ϕ
锥部及台阶高频感应淬火等。该型转向弯臂在服役 锥度1∶10的锥柄, 锥柄及台阶32~38mm 范围内感
约1a ( 年) 后陆续发生两起转向弯臂轴颈处的早期 应淬火硬化层深度为3~5mm 。装配工艺为锥柄与
断裂故障, 故障里程分别为59434 , 45450km 。为 左转向节锥孔过盈装配, 止动台阶与左转向节平面相
找到转向弯臂的断裂原因, 笔者对其中一个断裂弯 抵防止旋转, 弯臂外侧用螺母固定防止松动。弯臂轴
臂进行了检验和分析。 颈处断口宏观形貌如图2所示, 可见断裂起始于左转
向节装配锥孔外台阶与锥柄过渡圆角 R 角内、 外侧
1mm 的锥柄大端上, 为垂直于弯臂轴线的正向断
收稿日期: 2020-09-07
作者简介: 欧雪雁( 1967- ), 男, 助理工程师, 主要从事金属材料
裂。 断裂锥柄呈感应加热的青蓝色, 断口附近外表面
理化检验和失效分析工作, x y ou1011@163.com
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