某主減速器與橋包連接處滲油原因分析

李云霞，李 亮，周愛兵，岳利敏，岳朋寶

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司山東分公司，山東 青島266555）

某汽車在路試時(shí)發(fā)現(xiàn)主減速器與橋包連接處有一個(gè)螺栓附近有油滲出，經(jīng)反復(fù)清洗擦拭，隔兩天觀察，依然有油滲出，橋包下方積油情況明顯，相較于之前反饋情況更加嚴(yán)重，但僅憑外觀尚不能判斷漏點(diǎn)的具體位置。根據(jù)套管與橋包連接處左、右下方積油情況，左側(cè)有明顯積油，右側(cè)無積油且表面灰塵干燥，可見主漏點(diǎn)在左側(cè)。

1 扭矩分析

將主減速器拆下，記錄主減速器與橋包連接處每一顆螺栓扭矩，并與標(biāo)準(zhǔn)對照，發(fā)現(xiàn)，其中的2 號(hào)螺柱扭矩異常，見表1。

圖1 發(fā)現(xiàn)漏油明顯的位置

表1 螺栓拆卸扭矩

圖2 2 號(hào)雙頭螺柱示例位置

從扭矩檢測結(jié)果來看，滲油是螺柱扭矩不合格導(dǎo)致橋包與主減速器貼合不緊密造成的。

將主減速器拆下，發(fā)現(xiàn)2 號(hào)雙頭螺柱變形，拆出雙頭螺柱后，發(fā)現(xiàn)螺柱早已斷裂。2 號(hào)雙頭螺柱是8.8級SWRCH35K 鋼材質(zhì)的螺柱。

筆者遂對斷裂的2 號(hào)螺柱進(jìn)行了一系列理化檢驗(yàn)，分析其斷裂的原因。

2 理化檢驗(yàn)

2.1 宏觀檢驗(yàn)

螺柱斷口的宏觀形貌如圖3 所示，從樣品宏觀照片可以看出，螺柱斷裂于螺紋根部，斷口纖維區(qū)處于螺柱圓周表層，占比較少，放射區(qū)占比較大，表明材料相對脆性較大、裂紋擴(kuò)展速度較快，放射花樣呈45°山脊?fàn)钔黄痖L條，表明剪切力造成螺紋斷裂，放射方向與裂紋擴(kuò)展方向一致，逆指向裂紋源。裂紋從該處向試樣內(nèi)部擴(kuò)展，瞬斷于剪切唇，剪切唇為山脊頂部長條狀區(qū)域，剪切唇表面相對光滑，一側(cè)斷面上剪切唇區(qū)域呈錐狀，另一側(cè)呈杯狀，是對稱斷裂[1]。杯狀斷口磨損較嚴(yán)重，使用錐狀斷口進(jìn)行進(jìn)一步的分析，斷裂源位置如圖3 右側(cè)長方形區(qū)域。

圖3 斷裂螺柱的宏觀形貌

將螺柱的斷口清洗干凈后，使用掃描電鏡（SEM）進(jìn)行觀察，裂紋源區(qū)斷口形貌見圖4a，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)域內(nèi)存在有少量沿晶裂紋，裂紋沿晶粒界面擴(kuò)展而造成金屬材料的脆性斷裂稱沿晶斷裂。通常晶界的鍵結(jié)合力高于晶內(nèi)，只有在晶界被弱化時(shí)才會(huì)產(chǎn)生沿晶斷裂，通常情況下造成晶界弱化的基本原因有兩個(gè)方面：一是材料本身的原因，另一方面是環(huán)境介質(zhì)或高溫的促進(jìn)作用[1]。斷口擴(kuò)展區(qū)斷裂形貌呈解理花樣，見圖4b，說明該螺柱是脆性斷裂。

圖4 斷口掃描形貌

2.2 化學(xué)成分分析

沿?cái)嗔崖葜臋M截面切取試樣，利用臺(tái)式直讀光譜儀進(jìn)行基體材料的化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2。可見斷裂螺柱的化學(xué)成分符合Q/BQB517-2009 對SWRCH35K 鋼的要求。

表2 斷裂螺柱的化學(xué)成分wt%

2.3 硬度測試

根據(jù)GB/T3098.1-2010，對8.8 級螺栓硬度要求為250-320 HV，使用維氏硬度計(jì)對故障螺柱進(jìn)行檢測，結(jié)果為310、312、312HV，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 金相檢驗(yàn)

對故障螺柱進(jìn)行鑲嵌，在斷裂源附近、螺柱的縱切面進(jìn)行制樣，拋光狀態(tài)下，置于光學(xué)顯微鏡下，根據(jù)GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定——標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》中實(shí)際檢驗(yàn)A 法進(jìn)行非金屬夾雜物級別評定，螺栓的非金屬夾雜物級別為A0.5，B0，C0，D0.5，材料純凈度良好。見圖5 斷口附近拋光態(tài)形貌。

圖5 斷口附近拋光態(tài)形貌

用體積分?jǐn)?shù)4%的硝酸酒精溶液浸蝕試樣，置于光學(xué)顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)其金相組織為回火索氏體，符合GB/T13320-2007 中調(diào)質(zhì)鋼回火索氏體組織2級特征，如圖6。在斷口附近發(fā)現(xiàn)存在脫碳現(xiàn)象，可知，該螺柱存在原始缺陷，在熱處理過程中產(chǎn)生了脫碳，形成了裂紋源，使材料的力學(xué)性能變得不均勻，從而降低了螺柱的強(qiáng)度和壽命，導(dǎo)致螺柱在使用過程中斷裂。

圖6 斷口附近的螺柱組織500X

3 分析與討論

上述分析表明，螺柱斷裂，造成了減速器與橋包之間的貼合不緊密，從而造成了齒輪油滲出的現(xiàn)象。

經(jīng)過對斷裂螺柱的一系列理化分析，證明，該螺柱存在原始缺陷，致使強(qiáng)度降低，在路試中剪切力的作用下發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致漏油。

鋼鐵材料在加熱過程中表層的碳與加熱介質(zhì)中的脫碳?xì)怏w相互作用而燒損的現(xiàn)象成為脫碳。螺柱中存在的原始缺陷使得脫碳?xì)怏w進(jìn)入，與裂紋中的表層的碳相互作用形成了脫碳，造成了螺柱強(qiáng)度的降低，從而使得螺柱在使用過程中過早斷裂。

原始缺陷可能為加工過程中產(chǎn)生的裂紋或是原材料本身存在的缺陷。由于回火索氏體組織細(xì)小，裂紋趨向較柔，因此調(diào)質(zhì)處理過程中產(chǎn)生裂紋的可能性較小，裂紋周圍未發(fā)現(xiàn)夾雜類缺陷，裂紋存在位置和趨向與晶間裂紋類同，故該裂紋屬原材料缺陷。

4 結(jié)論及建議

為了避免橋包與主減速器鏈接螺柱發(fā)生早期失效，可采取以下措施：

（1）合理設(shè)計(jì)；

（2）加強(qiáng)工序間的質(zhì)量檢驗(yàn)，確保螺柱在交付使用之前本身無超出技術(shù)要求的原材料缺陷和各種類型的加工制造缺陷[2]；

（3）對關(guān)鍵緊固件進(jìn)行無損檢測，避免缺陷產(chǎn)品流入市場；

（4）裝配時(shí)檢查螺栓扭矩，保證螺柱的扭緊力在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。