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AUTO TIME153AUTO PARTS | 汽车零部件时代汽车 轮毂螺母垫片断裂失效分析谢仔新宇星紧固件（嘉兴）股份有限公司 浙江省嘉兴市 314305摘 要： 材料为ML40Cr 的车轮轮毂螺母在装配后发现垫片断裂失效现象，通过宏观检查、断口分析、金相检测、硬度检测、化学成分分析、综合分析分析、氢含量测定等方法对垫片断裂原因进行分析。
结果表明：垫片表面在挤压过程中产生的微裂纹，在酸洗、镀锌等过程中，氢沿裂纹渗入基体，由于垫片硬度要求较高，从而导致氢脆开裂并扩展。
最终在装配应力作 用下发生断裂失效。
关键词：ML40Cr 轮毂螺母 断裂 硬度 氢脆轮毂螺母在装配后发现有垫圈开裂现象。
在其中部分轮毂中发现有1-2只开裂现象。
该螺母和垫圈材料均为ML40Cr，该垫圈加工工艺为：原材料球化—酸洗磷皂化—拉丝—切料压扁—退火—磷皂化—冷挤压—热处理—压圈—镀锌，热处理后硬度为38-44HRC。
为检查该批产品的断裂原因，以便防止后期在出现类似质量问题，笔者对断裂垫片进行检验和分析。
1 理化检查1.1 宏观观察实物如图1所示，材料为ML40Cr，从实物可见，垫圈存在两处开裂，为方便描述，现将两处分别标记为1#和2#。
1#2#图1 试样宏观形貌采用体视显微镜对样品进行宏观检查，图2所示为两处断口宏观形貌，可见断面均粗糙，隐约可见放射痕迹，放射痕迹收敛于垫圈内侧凹槽处（红色虚线框标记处），因此，该处为裂纹源区。
观察裂纹源区附近表面，可见存在金属堆积现象，如图3所示。
1.2 断口分析采用扫描电子显微镜分别对1#和2#断面进行微观形貌观察，图4所示为断面低倍形貌，可见，断面均可见放射状痕迹，裂纹 源区分别位于A1区和A2区边缘，为方便描述，现将断面分为A1、B1、C1和A2、B2、C2不同区域进一步描述。
图5为断面A1区微观形貌，断面为冰糖状沿晶形貌，并伴有晶间二次裂纹，局部晶面可见“鸡爪纹”。
图6所示为断面C2区微观形貌，可见为“冰糖状”沿晶形貌，并伴有晶间二次裂纹，局部晶面可见“鸡爪纹”。
技术与应用1 问题提出车轮是轮对的重要组成部分，承担着车辆的自质量和载质量，车轮轮辋直接与钢轨接触，其质量的好坏直接关系车辆的运行安全。
随着铁路重载、提速工作的不断推进，列车运行速度不断提高，车轮的使用条件更加恶劣，故障也在不断增多，全路曾发生过多起由车轮故障引发的行车事故。
因此，在车辆厂修、段修时，施修单位对车轮故障均高度重视。
神华铁路货车公司肃宁车辆维修分公司在车辆段修中进行轮对旋修作业时，发现一起严重威胁行车安全的车轮典型质量缺陷，该车轮在旋修前外观无异状，旋修时第一次吃刀量选择3 mm时旋后发现有裂纹迹象，第二次旋修吃刀量选择4 mm，裂纹呈扩大趋势，再次吃刀4 mm进行旋修缺陷完全暴露，轮辋大片掉块，面积为140×50 mm2，且裂纹仍有85 mm延伸（见图1）。
2 原因分析通过对故障车轮进行分析，认为该故障属轮辋深裂纹造成的大片掉块，一般轮辋质量占车轮质量较大比例，即轮辋质量在很大程度上决定车轮质量，该类故障如不能及时发现，极易引发车轮崩裂，造成严重行车事故。
2.1 轮辋深裂纹形成原因此故障车轮为辗钢车轮。
辗钢车轮生产工艺过程包括：炼钢、热成型、热处理、机加工及检测。
炼钢工艺包括炼钢、炉外精炼、浇注3部分；热成型工艺主车轮轮辋深裂纹故障分析与探讨果小军：北京铁路安全监管办机辆验收室驻肃宁验收室，工程师，河北 肃宁，062350范文明：神华铁路货车公司肃宁车辆维修分公司，高级工程师，河北 肃宁，062350摘 要：货车提速重载对车轮运行安全提出严峻挑战，从轮对检修过程中发现的车轮轮辋掉块故障入手进行分析，找出故障原因，同时指出该类车轮故障缺陷的危害，分析故障形成的原因、演变的3个主要阶段，提出防范措施，并阐述车轮技术的发展方向。
关键词：车轮；轮辋；深裂纹中图分类号：U260.331+.1 文献标识码：A文章编号：1001-683X（2015）12-0059-04图1 旋后车轮缺陷图车轮轮辋深裂纹故障分析与探讨 果小军 等要包括预成型、成型、轧制和冲孔压弯几个工步；热处理工艺主要是轮辋淬火+回火；机加工工序主要采用专用或通用立式车床进行车轮加工，一般有单机式、单机组合式及生产线等几种；检测工序须全数对加工到最终尺寸的车轮进行检测，主要内容涉及静平衡检测、硬度、外观肉眼检查、超声波探伤、磁粉探伤、关键尺寸检查等。
1概述某车型行驶过程中，左后轮毂单元发生断裂。
该轮毂单元轴所用材料为S55C 钢，经锻造、正火、车加工、高频感应淬火、回火和磨加工制备而成。
锻造加热温度为1140~1220℃；正火过程为先在870℃预热，加热到890℃一定时间后，风冷至580℃，保温一定时间后冷却至室温，正火后的硬度要求为HB180~240，表面层进行淬火和低温回火，淬火层的深度要求为1.5~3.0mm ，淬火后的回火温度为160℃。
本报告对轮毂单元及轮毂单元外法兰外观进行了检查，对轮毂单元轴断口进行了宏微观观察，对材料的显微组织进行了分析，并进行了淬火回火热影响区层深度、显微硬度、R 角大小测量，确定了轮毂单元轴的断裂性质，分析了断裂原因。
2试验过程与结果2.1宏观观察轮毂单元断裂试样见图1，轮毂单元轴沿R 角部位发生断裂，呈倾斜断口，未见明显宏观塑性变形。
图1断裂轮毂单元外观断口分为形貌差异明显的2个区域：周边环形带状区为浅灰色，较平整，有明显人字纹，人字纹收敛处为裂源，该位置可观察到两处小线源；中心区域呈深灰色，较粗糙且凹凸不平，呈快速失稳扩展形貌特征，中心区可见层片状形貌，断口粗糙程度沿裂纹扩展方向至中心区后部逐渐增大。
2.2断口微观观察将一侧断裂轴从轮毂单元上切取，对断口超声清洗后在扫描电镜下进行微观观察。
轴从根部R 角处开始起裂，裂纹源位于断口周边环形带状区的边缘，沿环形带状区周向和中心区径向扩展。
图2为源区微观形貌，图中可见明显由裂纹源向外出发的放射棱线，源区被磨损，断口靠近源区位置形貌以韧窝为主，可见少量沿晶特征。
(a)低倍形貌(b)磨损区域(c)高倍形貌图21#源区微观形貌图3是两处线源之间断口边缘位置，可见剪切唇形貌，且观察到一处裂纹，裂纹附近均为韧窝形貌，该处应为轴在受到较大应力作用下断裂过程中产生的二次裂纹。
环形淬火区域内的扩展区为韧窝形貌，沿放射棱线方向由淬火影响区过渡到中心位置，断口微观形貌由韧窝变为解理+韧窝形貌，局部存在二次裂纹。
关注汽车轮毂螺栓断损失效及其防范措施摘要：汽车轮毂螺栓是汽车行驶过程中重要的组成部分，它们的损坏会导致车辆安全问题。
本文分析了轮毂螺栓断损失效的原因和影响，并提出了防范措施和建议，以确保车辆的安全行驶。
关键词：汽车轮毂螺栓、断损失效、防范措施、安全行驶正文：汽车轮毂螺栓是汽车上十分重要的零部件，它们的作用是将车轮固定在车轴上，以确保车轮不会从车轴上滑落。
轮毂螺栓一旦出现断损失效，就会导致车轮滑落，车辆失控，可能严重影响行车安全。
因此，防范轮毂螺栓的断损失效问题，是每个汽车司机和维修人员必须重视和关注的问题。
轮毂螺栓的断损失效主要是由于以下几个方面的因素造成的：1.轮毂螺栓的质量问题。
如果轮毂螺栓的材料、工艺不过关，则容易出现螺栓断裂等问题。
2.轮毂螺栓拧紧力矩不足。
拧紧力矩不足，在车辆行驶过程中，会因为惯性力的作用导致轮毂螺栓发生松动，严重时会导致断损失效。
3.轮毂螺栓老化、锈蚀。
轮毂螺栓随着使用年限的增加，会出现氧化腐蚀、锈蚀等现象，导致螺栓性能下降，从而容易出现断损失效。
妥善的维护和使用，以及采取正确的防范措施可以有效地降低和预防轮毂螺栓断损失效的风险。
以下是防范措施和建议：1.选用高质量的轮毂螺栓。
要注意轮毂螺栓的选材和制造，避免购买低价的、质量不过关的轮毂螺栓。
2.正确拧紧力矩。
轮毂螺栓的拧紧力矩要按照制造商的标准进行拧紧，不要过紧或过松；每次更换轮胎时要重新拧紧轮毂螺栓。
3.定期检查和维护。
定期检查和维护轮毂螺栓的状态，如发现老化、锈蚀现象，应及时更换或处理。
4.加装安全螺母和堵头。
安全螺母可以增强轮毂螺栓的紧固度，堵头可以防止螺栓因为松动而脱落。
本文所述的措施和建议，不仅可以有效地防范轮毂螺栓断损失效的风险，还可以提高汽车的安全性能，确保车辆的安全行驶。
因此，在今后的汽车维修和使用中，应该高度重视对轮毂螺栓的防范措施和维护，做好相关的检查和维修工作，以确保车辆的安全性和可靠性。
除了上文中提到的防范措施，汽车司机和维修人员还可以注意以下几个方面，以进一步降低和预防轮毂螺栓断损失效的风险：1.减少轮毂螺栓的紧固次数。
（上接第312页）摘要:通过无损探伤检测、化学成分检测、扫描电镜和金相分析等方法对车轮断裂原因进行了失效分析.结果表明,由于车轮存在内部气泡缺陷，且车轮材料韧性很差，当锻造或正火处理冷却速度过快时，在缺陷部位形成应力集中，产生开裂源。
关键词:车轮失效分析缺陷0引言某钢厂生产的Φ600mm 车轮在运输过程中发生开裂，该车轮材质为65#钢，制造工艺为锻造—正火—机加—车轮踏面喷水淬火。
为了寻找车轮开裂的原因，我们从宏观和微观断口形貌、材料金相组织及成分等方面对其失效原因进行了分析。
1宏观检测开裂车轮断口样品宏观形貌如图1所示。
断裂沿车轮径向扩展，断裂部位无宏观塑性变形。
图中上表面均为断面。
图12无损探伤检测用PXUT-350B+超声波探伤仪，B4S-N 探头对送检样品进行了超声波检测，检测结果为：在样品中间部位（车轮壁厚心部位置）深约45～70mm 之间发现最大当量为Φ4左右的单个不连续缺陷。
3化学成分检测化学成分检测结果如表1所示，符合GB/T 699-1999标准中65#钢的成分规定。
表1化学成分分析结果元素名称C Si Mn P S Cr Ni Cu检测值（%）0.700.200.560.0260.0190.0270.0210.053标准值（%）0.62-0.700.17-0.370.50-0.80≤0.035≤0.035≤0.25≤0.30≤0.254力学性能检测在非缺陷区截取了拉伸和冲击试样，所得力学性能检测结果如表2所示。
检测结果显示，车轮样品抗拉强度及延伸率符合技术条件要求；冲击吸收功（AKU ）很低，说明材料韧性很差（冲击试验样品断口边缘无宏观塑性变形）。
踏板表面硬度平均值为36.3HRC，心部位置硬度平均值为37.7HRC，符合技术条件(HRC：33.1～41.8)要求。
表2力学性能检测结果与技术条件比对表力学性能指标R m（N/mm 2）R p0.2（N/mm 2）A （%）Z （%）A KU （j ）检测结果99057510.512.03、4、5技术条件≥770—≥8——5断口检测断口宏观形貌如图2所示。
汽车轮毂轴承断轴原因分析摘要：针对某汽车轮毂轴承在行驶过程中突然断裂的问题，采用扫描电子显微镜、金相显微镜、直读光谱仪、显微维氏硬度计和布氏硬度计等进行原因分析。
结果显示，断裂起源于与内圈过盈配合的边缘R区，断裂性质为一次性弯曲脆性断裂，其材质和热处理质量合格。
分析得出，断裂是由行驶过程中受到过载的冲击载荷而导致，建议提高轮毂轴与内圈配合R区的感应淬火有效硬化层深度，同时将零件整体热处理方式由等温退火更改为调质处理。
关键词：汽车轮毂轴承65Mn断轴感应淬火1前言市面上，绝大部分小型乘用车的前悬挂都是“麦弗逊式”。
这种悬挂普及的原因在于其结构简单、可靠、技术成熟、轻便以及便于发动机舱的空间布置，因此广泛被承载式车身结构的汽车所使用。
即便是“简单”的麦弗逊悬挂，其实结构也是不简单的—这和某些嘴炮型专家以及搬砖的专业记者给公众普及的关于“车轴”的知识差距较大。
为了说明翼虎断轴门的主角—羊角，学名转向节，我用红色大概标注出了转向节的位置。
下面简单说明麦弗逊悬挂的各个零件的作用及一般的材料。
轮胎/轮辋(俗称轮圈)：这部分大家都熟悉，是车的“脚”，除了起到有多远滚多远的作用之外，车轮还是支撑车重的关键部件。
有人会觉得铝合金轮辋又轻又薄应该不能承重或者受撞，实际上，铝合金的强度加上特别的结构，轮辋的强度是非常不错的。
当然，铸铁的“钢圈”强度也很好，而且韧性比铝合金轮圈强，制造成本也低，但是铸铁材料会增加车重，导致燃油经济性以及操控性等变差。
转向节(俗称羊角)：悬挂系统的关键零件，与所有悬挂系统的零件均有连接位置——转向节上端与减震器下端相连，这个连接位置主要就是承受车重以及行驶过程的一些扭转力;下端与下摆臂相连;还有后侧与转向拉杆相连;前端还要固定刹车卡钳;中间通过轴承连接轮毂/刹车盘以及驱动半轴。
转向节的零件材料主要有两种，球铁或者铝合金。
这两个材料的强度差不多(球墨铸铁比合金部件的强度还高一点)，主要区别在于重量。
汽车轮毂的断裂失效分析
发表时间：2017-06-27T14:02:09.450Z 来源：《基层建设》2017年6期作者：李宗保刘字光孔庆渤[导读] 摘要：通过外观检查、成分测试、硬度测试、金相组织和扫描电镜观察等方法，对某品牌汽车3个轮毅轴承失效件进行分析，可以找出造成轮毅轴承最终断裂失效的原因。
中信戴卡股份有限公司河北省秦皇岛市 066000 摘要：通过外观检查、成分测试、硬度测试、金相组织和扫描电镜观察等方法，对某品牌汽车3个轮毅轴承失效件进行分析，可以找出造成轮毅轴承最终断裂失效的原因。
结果表明，3种轮毅轴承的内圈和外圈的组织都符合JB/T1255-2001标准的要求;1#轮轴轴承失效的原因是由于化学成分不合格和轴承内圈滚道的表面硬度较低;2#轮毅轴承的化学成分、硬度和组织都满足要求，失效原因在于密封性较差，
而使得外圈滚道中外界硬度相对较高的颗粒落入滚道，造成磨损加剧;3#轮毅轴承外圈碳含量较低，使得外圈滚道表面硬度偏低，且由于润滑条件不好引起了粘着磨损，加剧了轴承的磨损，并最终造成失效。
关键词：轮毅轴承；断裂失效；分析研究一、前言。
随着我国汽车产量不断增加，轮毅轴承的需求量也在日益增大。
轮毅轴承是汽车的重要基础件，其质量对汽车整车质量的影响非常大，对其性能要求也越来越高。
轮毅轴承的作用主要是作为承重件和为轮毅的传动提供精确引导，既承受径向载荷又承受轴向载荷。
常用的汽车轮毅轴是由两套圆锥滚子轴承或球轴承组合而成，其套圈一般采用热锻毛坯结合后续机加工进行生产。
轮毅轴承形状复杂，尺寸精度和形位公差要求高，锻造工艺性差。
目前，国内外各主要轴承企业主要采用开式模锻工艺进行生产，锻件成形质量较差，材料的利用率较低。
某汽车在行驶过程中，其后轮毅轴在安装轴承附近发生断裂，该车累计行驶里程为17km。
轮毅轴材料为65Mn弹簧钢，经毛坯一锻造一机械加工一调质处理一轴表面高频感应淬火(淬火层深度要求为1.5一3.Omm)后成形。
通过对失效轮毅轴进行外观检查，对其断口进行宏、微观观察和能谱分析，对其金相组织和硬度进行检查，确定了裂纹性质，最后分析了其断裂失效的原因，并给出了建议。
本研究对提高后轮毅轴的可靠性，防止同类事故的发生具有一定的工程应用价值。
二、检测分析。
（一）宏观分析。
对其中典型的3种轮毅轴承进行失效分析，编号为1#,2#和3#。
对比3种轴承的宏观形貌可以发现，1#内圈存在剥落、滚道变黄，外圈有压痕、滚道变黄;2#外圈上卜滚道有条状压痕;3#外圈有小块压痕。
对3种轮毅轴承进行内外圈圆度测量,1#轴承的外圈内侧滚道偏离了设计图纸的标准值，2#外圈外侧滚道圆度、内圈外侧滚道圆度和内圈外侧滚道圆度都偏离了小于2.2m的标准;3#外圈外侧滚道圆度、外圈内侧滚道圆度和内圈外侧滚道圆度偏离设计标准。
这也可以解释为什么在轴承运转过程中发生振动和噪音的原因。
（二）成分检测。
选取比较典型的3组失效轮毅轴承进行化学成分检验，在钢研纳克生产的Lab Spark750直读式火花光谱仪上进行化学成分测试，并与国标GB/T18254-2000《高碳铬轴承钢》中GCr15钢的化学成分进行对比分析，可以发现，1#轮毅轴承内圈和3#轮毅轴承的外圈的C含量要低于GB/T18254-2000标准对GCr15钢的要求，其余元素的含量都满足国标要求。
（三）硬度和金相测试。
对3种失效轮毅轴承的外圈进行硬度和硬化层深度测试，并参照机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》对外圈合格性进行评定。
根据JB/T1255-2001标准中的要求，当套圈有效壁厚大于15mm时要求硬度在5761HRC，而当有效壁厚在15mm内时要求硬度大于5863HRC叭硬化层深度范围要求必须大于或者等于1mm。
对比失效轮毅轴承外圈测试结果可知，3种轮毅轴承的硬化层深度满足要求，1#和2#轴承的硬度满足要求，但是3#轴承的硬度偏低，会增加轴承在运行过程中的磨损，从而造成失效，3#轴承硬度偏低与碳含量相对较低有关。
对3种失效轮毅轴承表的外圈进行金相组织检测，3种轮毅轴承的金相组织都为结晶马氏体+针状马氏体+碳化物+残余奥氏体组织。
参照JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》中球化退火后的技术要求，按第一级别图评定2—4级为合格组织，即允许有细点状球化组织存在，不存在欠热、碳化物分布不均匀和过热现象，对比3种外圈的金相组织可知，3种轮毅轴承的组织都在2}3级，满足机械行业标准JB/T1255-2001的要求。
对3种失效轮毅轴承的内圈进行硬度和金相组织测试，并参照机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》对内圈合格性进行评定，经过检测发现1#轴承内圈的硬度偏低，而钢球的硬度在62HRC}65HRC,由此可见，在轴承高速运转过程中，1#内圈比较容易产生显微裂纹，随着运行时间的延长，这些显微裂纹会逐渐扩展，并最终造成轮毅轴承的失效；而2#和3#内圈的硬度与钢球相当，金相组织也满足JB/T1255-2001标准的要求。
扫描电镜显微组织，分别对失效的3种轮毅轴承内圈和外圈滚道，以及新轮毅轴承的内圈和外圈滚道进行扫描，电镜显微组织观察。
对于新轴承的外圈滚道而言，除了少量较浅的机加工刀痕外，整个滚道表面较为光滑，并没有孔洞或者机械损伤存在;对比3种失效轴承外圈滚道可见，1#外圈滚道的局部区域出现了剥落或者凹坑，但是数量较少;2#外圈滚道中有较多的细小凹坑存在，局部区域存在剥落，细小的凹坑弥散分布，可能是由于外界的硬度相对较高的颗粒落入滚道造成;3#外圈滚道中出现了蠕虫状的块状物凸起，这可能是由于润滑条件不够好而引起的粘着磨损。
同样，对新轮毅轴承和3种失效轮毅轴承的内圈滚道进行扫描，电镜显微组织观察，对于新轴承的内圈滚道而言，表面较为光滑、平整，几乎看不到机械加工刀痕的存在，也没有发现孔洞或者机械损伤存在，内圈滚道表面质量较高;对比3种失效轴承内圈滚道，可以看见，1#内圈滚道表面聚集着大量尺寸不等的鹅卵石状的颗粒，能谱分析结果表明，这些颗粒主要含有C,O和Fe等元素，推测可能是在运行过程中，由于运转不当造成局部区域温度升高，而形成的铁的氧化物，如FeZ03和Fe30、化合物2#内圈滚道中有较多的细小白色颗粒状物质存在，此外还有一定数量的凹坑，对白色颗粒进行能谱分析，主要含有Fe和C元素，表明这些颗粒并不是外来的物质;3#内圈滚道中有较多的连续分布的凹坑，损伤较为严重，应该是在运行过程中产生的刮伤。
三、结论。
(1)轮毅轴的失效模式为疲劳断裂，疲劳裂纹起源于黑色缺陷边界处。
(2)黑色块状缺陷为锻造裂纹，轮毅轴内部存在锻造裂纹是轮毅轴发生疲劳断裂失效的主要原因。
(3)锻造裂纹的产生可能为切削量不足导致轮毅轴原材料料头端部存在块状缺陷，锻造过程中这些块状缺陷随着锻造变形量的增加沿金属材料的变形方向分布，在锻造高温的作用下缺陷界面处发生氧化脱碳从而呈现黑色块状。
(4)建议加强来料检验，应注意料头端部及切口部位。
参考文献：
[1]杨林.汽车轮毅轴承H_期失效分析及试验研究[D].广州:华南理学，2012.
[2]胡春燕，刘新灵.某汽车轮毅轴断裂原因分析[J].材料工程，2015,(12): 23-26.
[3]刘喜明，张庆茂，郑成菊，等.轿车后轮毅轴H_期疲劳断裂的原因分析，2016,42(7):207-210。
