结构钢活塞主轴功能测试断裂分析

背景：气缸活塞主轴在组装气密性测试时发现开裂不良，不良率4%。实验室配合现场进行缺陷分析，探讨活塞主轴开裂根本原因，方便现场进行针对性改善。

分析结果：裂纹源于内孔尖角处，裂纹内未观测到镀铬层；主轴调质淬火呈明显的三层组织，局部位置已淬透；基材化学成分不符合S45CM规格，属40Cr类钢；工件淬硬层硬度高达54.5HRC。

失效症状：主轴上局部裂纹

失效形式：断裂

失效机理：40Cr钢依S45CM方式 水淬调质，易引起极大的内应及脆性风险。

根本原因：主轴基材化学成分不符合S45CM规格，实为40Cr钢类型。

改善建议：改善热处理工艺，选择适合40Cr钢材类的淬火介质油。

一、背景

气缸活塞主轴在组装气密性测试时发现开裂不良，不良率4%。实验室配合现场进行缺陷分析，探讨活塞主轴开裂根本原因，方便现场进行针对性改善，以确保后续生产顺利进行。

素材：S45CM棒材，调质预处理

加工流程：棒材机加工—高频感应加热淬火及回火—外圆精加工—镀硬铬

二、分析方案

2.1取样 

开裂不良品

2.2分析项目

切片观察：将样品制成切片，用金相显微镜对开裂位置进行截面分析；

金相组织分析：用金相显微镜分析样品的金相组织及淬火深度；

成份鉴定：利用Spark-AES进行成分鉴定；

硬度分析：利用维氏硬度计分析样品的表芯硬度。

三、实验结果

3.1 切片截面分析

裂纹源于内孔尖角处，裂纹内未观测到镀铬层，推测样品在气密性测试段发生开裂。

3.2 金相组织

零件外层组织为回火马氏体+少量残余奥氏体，内层组织为回火索氏体+块 状铁素体，两层交界处组织为回火马氏体+回火索氏体+少量托氏体。组织呈带状偏析。

3.3 淬硬层深度

样品淬硬层深度不均匀( 0.5mm ~4.0mm);

内孔处(开裂位置)已完全淬透(深度约2.4mm)，可能为导致后续工艺开裂失效的主要原因。

3.4 材质判定

基材化学成分不符合S45CM规格，属40Cr类钢；

40Cr钢淬透性高于S45CM，两者淬火介质不同，如用S45CM的水淬方式，极可能会使相同条件下40Cr材料的工件开裂倾向大。

3.5 硬度测试

工件淬硬层硬度高达54.5HRC。

四、结论

裂纹源于内孔尖角处，未观测到裂纹内镀铬层，推测样品在气密性测试段发生开裂；

样品基材化学成分不符合S45CM规格，实为40Cr钢类型；

 40Cr钢淬透性高于S45CM，样品淬硬层深度不均匀，最深处达4.0mm，内孔处已完全淬透，为导致后续工艺开裂的主要原因；

建议改善热处理工艺，选择适合40Cr钢材类的淬火介质油。