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转向节销断裂失效分析
刘阳明
谪要：转向节销为前轴和转向节的连接件，在使用过程中频繁发生断裂现象，本文采用断囗分析、化学成分分析的金相检验等方法对断裂件进行了分析。结果表明，转向节销断裂主要承受了过载的冲击应力作用。
关键词：转向节销 断裂 过载 失效
转向节销材质为20CrMnTi，热处理渗碳淬火、回火后渗碳厚度为0.9—1.2mm，表面硬度为HRc59—63。用户在使用过程中，转向节销产生断裂现象，断裂位置基本上发生于转向节销大端R根部。取部分断裂样品和现生产样品进行检查。其中，1#样品断裂地为张家囗，生产厂家为AB03,编号0706，2#样品断裂地为大同，生产厂家为AB03,编号0705，1#样品断裂地为朔州，生产厂家为AB03,编号0705，4#--8#样品为旧件返回且未断裂样品。9#样品为12月17日热处理生产的样品，10#样品为12月18日热处理生产的样品中。11#样品为实验室经过880℃保温，淬柴油后的组织。1#样品车型为CQ253TM384，要求载重为12.5吨，转向节销断裂时，用户载重量为40吨铁矿，行驶路况为沙石路，路况较差。
一、 理化分析
1.化学分析（%）
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C |
S |
P |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
Ti |
Cu |
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1# |
0.17 |
0.006 |
0.021 |
0.26 |
0.99 |
1.13 |
0.036 |
0.071 |
0.092 |
|
2# |
0.17 |
0.006 |
0.019 |
0.19 |
0.95 |
1.14 |
0.033 |
0.081 |
0.093 |
|
3# |
0.17 |
0.006 |
0.017 |
0.27 |
0.95 |
1.14 |
0.039 |
0.059 |
0.091 |
按GB/T3077-1999标准评定符合20CrMnTi
2.机械性能
表面硬度：（HRc）
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1# |
60 |
60 |
61 |
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2# |
62 |
62 |
63 |
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3# |
59 |
60 |
61 |
|
4# |
60 |
60 |
61 |
|
5# |
62 |
62 |
62 |
|
6# |
59 |
60 |
61 |
|
7# |
62.5 |
62 |
62 |
|
8# |
61.5 |
61 |
61 |
|
9# |
62 |
62.5 |
62 |
|
10# |
61.5 |
61 |
61 |
十件受检样品表面硬度测试结果均在技术要求HRc59-63范围内。
基体硬度：（HRc）
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1# |
33 |
33 |
34 |
|
2# |
33 |
33 |
34 |
|
3# |
32.5 |
31.5 |
31 |
|
4# |
30 |
30 |
31 |
|
5# |
32 |
31 |
31 |
|
6# |
34 |
35 |
36 |
|
7# |
33 |
33 |
34 |
|
8# |
33 |
31 |
32 |
|
9# |
33 |
32 |
34 |
|
10# |
31 |
32 |
31 |
|
11# |
27.5 |
26.5 |
27.5 |
机械性能
|
|
抗拉强度
（N/mm2） |
屈服强度
（N/mm2） |
延伸率 |
断面收缩率 |
冲击值（J） |
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4 |
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|
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|
88/82（U） |
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5 |
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|
|
＞150/＞150（U） |
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6 |
|
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|
112/115（U） |
|
7 |
|
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|
142/136（U） |
|
8 |
|
|
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|
110/95（U） |
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9 |
1080 |
990 |
9 |
36 |
44/45/30/28（V） |
|
10 |
988 |
860 |
11 |
36 |
40/34（V） |
上述U代表U型缺囗、V代表V型缺囗
3.金相分析
分别在断裂样品和未断裂样品断裂位置区制取纵向金相样品检查。
① 、渗碳层深：
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1# |
1.2 |
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2# |
1.1 |
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3# |
0.80 |
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4# |
0.95 |
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5# |
1.15 |
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6# |
1.1 |
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7# |
1.1 |
|
8# |
0.95 |
|
9# |
1.1 |
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10# |
1.15 |
渗碳层深度仅3#样品低0.10，其余样品层深均在技术要求0.9—1.2mm。
② 渗碳层组织
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1# |
马氏体5级+残余奥氏体5级+碳化物1级 |
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2# |
马氏体3级+残余奥氏体1级+碳化物1级 |
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3# |
马氏体2级+残余奥氏体1级+碳化物1级 |
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4# |
马氏体4级+残余奥氏体2级+碳化物1级 |
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5# |
马氏体4级+残余奥氏体2级+碳化物1级 |
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6# |
马氏体3级+残余奥氏体2级+碳化物1级 |
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7# |
马氏体2级+残余奥氏体1级+碳化物1级 |
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8# |
马氏体3级+残余奥氏体1级+碳化物1级 |
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9# |
马氏体4级+残余奥氏体2级+碳化物1级 |
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10# |
马氏体3级+残余奥氏体2级+碳化物1级 |
③ 心部组织（按企标q/cq24001-87标准渗碳层下1—3mm处组织）
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1# |
低碳马氏体+极少量贝氏体（见图片1） |
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2# |
低碳马氏体+极少量贝氏体（见图片2） |
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3# |
低碳马氏体+极少量贝氏体 |
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4# |
低碳马氏体+极少量贝氏体（见图片3） |
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5# |
低碳马氏体+（见图片4） |
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6# |
低碳马氏体+极少量贝氏体（见图片5） |
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7# |
低碳马氏体（见图片6） |
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8# |
低碳马氏体+极少量贝氏体（见图片7） |
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9# |
低碳马氏体+极少量贝氏体（见图片8） |
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10# |
低碳马氏体+极少量贝氏体（见图片9） |
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11# |
表面组织：低碳马氏体 |
④ 基体组织：（渗碳层以下3mm外的组织）
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1# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片10） |
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2# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片11） |
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3# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体 |
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4# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片12） |
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5# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片13） |
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6# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片14） |
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7# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片15） |
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8# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片16） |
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9# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片17） |
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10# |
低碳马氏体+贝氏体+铁素体（见图片18） |
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11# |
表面组织：低碳马氏体+贝氏体3mm处组织 |
⑤ 非金属夹杂物之和分别为：
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1# |
1.0级 |
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2# |
1.5级 |
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3# |
1.5级 |
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4# |
1.0级 |
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5# |
1.5级 |
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6# |
1.5级 |
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7# |
2.0级 |
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8# |
1.0级 |
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9# |
1.5级 |
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10# |
1.5级 |
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11# |
1.0级 |
⑥ 断裂样品宏观断囗检查：
三件断裂样品宏观断囗基本一致，起裂位置均在转向节大端R根部，断囗区域无明显的宏观塑性变形，呈细晶状，无疲劳断囗的分区和疲劳贝纹特征。
三.分析讨论
1. 三件断裂样品材质检测结果为20CrMnTi钢，符合技术要求，无异常超标元素存在。
2. 机械性能测试结果表明：各受检样品表面硬度均匀在技术要求范围内，机械性能各受检项目均反应的是基体部分的性能，由于无相应的技术要求，故不能对其符合性作出评定，但基体部分冲击功存在较大的差异。
3. 金相分析结果表明：渗碳层深度仅3#样品略低，其余样品均合格，渗碳层组织符合q/cq24001-87标准评定，心部组织存在极少量贝氏体，不符合企标要求，基体组织为低碳马氏体+贝氏体+铁素体。
4. 转向节销非金属夹杂物无超标现象。
5. 转向节销大端R尺寸在技术要求范围内，无应力集中现象。
6. 断裂样品经磁粉检查，断裂氏无原始裂纹存在。
7. 统计情况表明，转向节销断裂现象主要发生在非公路用车上，该类车超载现象严重，使用路况较差，过载冲击频繁。
8. 根据生产、实验结果，含有贝氏体组织的基体部分冲击功差异较大，是什么原因引起的，人们在认识上还存在一定的分歧，故贝氏体组织的存在对转向节销的性能有无影响，还需进一步实验证明。
一、 结论
转向节销在使用过程中产生早期断裂失效行为与使用时承受了频繁的过载冲击应力有一定的关系。
建议：
1. 建议设计根据转向节销实际受力状况，核实其疲劳寿命，并提出相应的强度要求。
2. 建议企业标准对该类保安件采用强度指标作为验收依据。
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