杨振宁李风民赵清华李传坤：扇形轴疲劳失效断裂原因分析扇形轴疲劳失效断裂原因分析
杨振宁李凤民赵清华李传坤（山东滨州渤海活塞股份有限公司）
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【摘要】某扇形轴在疲劳试验时出现断裂现象，见图1。拆卸后发现在57×104图时断裂。
通过对扇形轴进行宏观检验、金相检验、硬度测试、化学成分分析、扫描电镜分析和能谱分析，对该扇形轴失效原因进行分析和探讨。结果表明：扇形轴裂纹从晶粒间的内氧化开始，沿晶界向内延伸。说明晶粒间的内氧化促成了扇形轴的疲劳失效。受到其他因素的影响，如装配、尺寸偏差、工作负载等等，也可能使扇形轴因疲劳失效而断裂。
【关键词】扇形轴内氧化沿晶脆性开裂
Summary: the sector shaft cracked during the fatigue test, see fig. 1. It' s discovered after dis-mantling that the sector shaft cracked at in the 57 × 104 round. Failure cause of the sector shaft is ana lyzed via macroscopic inspection, metallographic inspection, hardness test, chemical composition analy-sis, scanning electron microscope analysis and energy spectrum analysis. The analysis result shows that : the crack starts from the intergranular intemal oxidation, and extends entad. It explains that the interg-ranular internal oxidation caused the fatigue failure of sector shaft. Other factor such as assembly, dimen-sion deviation and working load may also cause the fatigue failure.
Key words: sector shaft; internal oxidation; intergranular brittle cracking
该扇形轴材料为20MnCr5，其设计寿命不小于100×104圈，在57×104圈时断裂。生产流程如下：锻造机加工渗碳率火退火喷丸打磨。喷丸是扇形轴螺纹的最终工序。失效件在螺纹处损坏。通过与超过100×104圈疲劳测试的正常件进
行对比分析。 1
理化检验
1.1宏观检验
图1（d）显示失效件上的主要裂纹与其轴线大约成45°。为促使裂纹开口，垂直于主裂纹实施线切割。主要裂纹（图2（a））始于表面并蔓延穿过几乎整个零件截面。贝壳状纹理（图2（b)）出现在断裂表面，表明疲劳失效导致轴断裂。疲劳源于螺纹中部表面，且疲劳区域占据整个断裂表面的90%[8]
1.2金相检验
1.2.1通过对失效件和正常件螺纹处的牙根轮席对
比分析，未发现明显区别。万方数据
）正常件外观。（b）经过疫劳试验后正常件上的可接受损伤。（e）失效件螺纹处断裂。分析取样位置标记为PI和 P2。（d）失效件的主要费纹与其轴线大约成45°。
(a) Appearance of nomal par. (b) Aceptable damage on the normal part after fatigue test. ( e) Crack on the screw thread of the failure part. (d) The main crack of failure part is about 45*to the sector shaft axis
图1正常件和失效件照片。
1.2.2通过显微镜在失效件的螺纹牙根处发现一条始于晶粒间的内氧化（IGO）的裂纹(6)（图4(a))。
1.2.3通过对比两零件的晶粒尺寸典型显微图片[7]。失效件的裂纹明显始于ICO，见图8（e~f）