42CrMo轴承断裂失效分析

42CrMo轴承断裂失效分析

　　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。

一般轴颈补焊过程中要遵循的以下原则：

　　（1）由于所焊接的电机轴是经过调质处理的，在焊接加工后不可能对其进行恢复热处理工艺，因此，焊接后的强度要达到或接近电机轴原有的机械性能，并在焊接过程中采取合理措施减小热影响区的软化。

　　（2）尽可能减小焊接变形，为后续的机加工带来方便。

　　（3）碳量及合金元素含量较高，焊接时有较大的热裂纹敏感性并有较大的冷裂纹倾向，焊接时应避免焊接裂纹的产生。

　　从外观检查及低倍分析可知，断口位于轴肩过渡圆角位置，该位置存在较多补焊后未焊合的缺口，且缺口的尺寸较大，约半根轴表面呈高温氧化色，说明在补焊过程中受热程度特别高，影响范围大，即补焊后残留较高的热应力。

　　后续SEM/EDS、金相分析确定断裂起源于表面的未焊合的缺口，也是补焊后的热影响区，呈多源分布特征。熔融区存在较多的魏氏体组织，心部也存在少量魏氏体组织和和较严重的带状组织，魏氏体组织塑性差、韧性低，会明显降低轴的强度，也是热应力残留较高的特征之一，可见电机轴在补焊后未能消除热应力影响。

　　从硬度上看，参考GB/T3077-199标准，心部受焊接热影响，导致硬度偏高。

　　从成分上看，电机轴用料正确，无错料现象。

　　综上，电机轴失效原因为补焊位置存在较大热应力，且易应力集中的轴肩过渡圆角位置存在表面缺陷，受扭力作用条件下在表面缺口缺陷位置疲劳起源开裂，导致电机轴扭转疲劳失效。

　　电机轴失效的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。