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芯軸是汽車水泵的重要零件，其材料為GCr15鋼。水泵芯軸在工作中主要承受扭曲力與沖擊載荷作用，要求工件強韌性高和耐磨性好，同時應(yīng)具有高抗扭曲強度性能。芯軸加工流程為：來料一球化退火一機加工一840℃加熱后淬油一回火160℃一精磨一成品。某汽車行駛600km時，其水泵芯軸突然發(fā)生早期斷裂失效，而其正常工作壽命應(yīng)為80000km以上。
宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)，芯軸斷裂部位位于工件中部溝道處，斷口垂直于軸線，斷面平齊。表面發(fā)現(xiàn)有明顯磨削痕跡和剝落坑，斷口呈灰白色，斷口呈金屬光澤和結(jié)晶顆粒特征；該芯軸開裂為撕裂斷口，裂紋由表面向心部擴展，中心部為后撕裂區(qū)，該斷口為沿晶脆性斷口。
金相組織檢驗發(fā)現(xiàn)，工件磨削裂紋短小細(xì)密，與磨削方向垂直呈平行排列，裂紋深度約為0.15-0.24mm。分析表明，該裂紋屬典型磨削裂紋。觀察發(fā)現(xiàn)，芯軸斷裂處其他區(qū)域，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀龜裂，同時有小片狀剝落坑分布。芯軸淬火、回火后組織為隱晶馬氏體+局部細(xì)小針狀馬氏體+碳化物不均勻分布+殘留奧氏體。該組織為過熱組織，碳化物網(wǎng)狀為2.5級，局部區(qū)域出現(xiàn)碳化物顆粒聚集。
分析認(rèn)為，芯軸磨削中產(chǎn)生大量的熱，如冷卻不足，工件表面溫度超過AC1時，將發(fā)生回火馬氏體和殘留奧氏體分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w和回火托氏體組織。這相當(dāng)于工件進行高溫回火，使工件轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹜惺象w，造成工件強度綜合性能大大下降。在磨削加工中，磨削速度、進給量、冷卻不良等工藝因素導(dǎo)致芯軸磨削加工中產(chǎn)生表面燒傷或磨削裂紋；另一方面，淬火加熱過熱造成淬火組織過熱，導(dǎo)致芯軸淬火內(nèi)應(yīng)力增大，使工件在應(yīng)力集中較大部位出現(xiàn)斷裂，斷口呈沿晶脆性斷裂。
綜上分析，提出芯軸斷裂的防止措施如下：
（1）嚴(yán)格控制和優(yōu)化選擇芯軸磨削加工工藝參數(shù)，防止磨削砂輪太鈍、太硬，磨削速度、進給量和冷卻等工藝參數(shù)選擇不當(dāng)導(dǎo)致產(chǎn)生磨削過熱，出現(xiàn)磨削裂紋或燒傷缺陷。
（2）采用高頻感應(yīng)加熱爐進行熱處理時，應(yīng)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和淬火工藝，避免出現(xiàn)淬火加熱過熱造成組過熱。淬火組織過熱使工件性能大大下降，是工件產(chǎn)生斷裂的重要原因。
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