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摇臂轴是汽车转向器转向齿扇的重要零件,其材料为20CrMnTi钢。摇臂轴加工工艺流程为:锻坯一粗加工一925℃渗碳,86WC空冷一机加工一高频加热机热处理一装配。生产中发现,工件使用时间不长,出现部分摇臂轴断裂。

检验发现,摇臂轴断裂部位位士螺纹第一扣处,断面和工件轴线垂直,断裂源在螺纹根部,观察到出自断裂源的放射状撕裂棱线。进一步微观分析,可见断裂源区域出现沿晶断裂区,其余区域以解理断裂为主,呈少量韧窝形貌。金相检验发现,金相组织为低碳回火马氏体,组织正常:硬度为38HRC,符合技术要求。

分析认为,摇臂轴断裂无明显塑性变形,且具有延迟断裂特征,因而氢致延迟断裂可能性很大。进一步分析发现,工件在高频加热机加热中,采用滴甲醇方法进行防止氧化气体保护。高温下,甲醇分解生成CO和H2,氢很易渗入工件表面,而此后加热2h只能去除应力,对去氢作用不大。零件装配后,工件受到预紧应力作用,螺纹处承受拉应力,螺纹第一扣部位是最大拉应力处,工件表面存在氢,产生氢脆应力,加大了螺纹毙一扣处的危险应力峰,造成该处出现氢致延迟断裂。

综上分析,摇臂轴断裂是由于高频加热机热处理中氢渗入,产生氢致延迟断裂造成的。为防止工件出现渗氢及发生氢致延迟断裂,可对工件进行去氢处理,工艺为180℃x8h。生产中对同批零件进行去氢处理后,未出现氢脆及氢致延迟断裂现象,生产恢复正常,生产运行良好。