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發(fā)動機是汽車的心臟，發(fā)動機產(chǎn)生的動力必須經(jīng)過傳動系統(tǒng)才能驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，而傳動系統(tǒng)的心臟則是變速器，變速器分為手動變速器（MT）、自動離合變速器（AMT）、自動變速器（AT）、無級變速器（CVT）和雙離合變速器（DCT/DSG）等幾種類型。而手動變速器主要由操縱換檔機構(gòu)，齒輪，殼體，同步器機構(gòu)等180個左右零件組成，每臺變速箱基本上用到5個左右的卡環(huán)，作為變速箱的一個小緊固件，卡環(huán)主要功能是調(diào)整間隙，固定齒輪、齒轂、軸承等零件，一旦失效，相對應(yīng)的其他零件就會串動，導(dǎo)致整個變速箱失效，汽車無法工作。

1.情況描述

本文對變速箱進行總成耐久性試驗，檢測零部件使用壽命情況。試驗測試過程中，臺架發(fā)現(xiàn)振動超差，立即停止試驗，拆箱檢測后，發(fā)現(xiàn)齒輪接觸異常，卡環(huán)發(fā)生斷裂?？ōh(huán)材料為彈簧鋼60Si2MnA，卡環(huán)工藝：退火鋼板→下料→沖壓→淬回火→切口→雙面磨削→振動去毛刺→磷化→檢驗→包裝→發(fā)貨，卡環(huán)淬回火既能保證表面耐磨性和強度，也能保證韌性。

2.結(jié)果與討論

（1）宏觀分析

由圖1可知，發(fā)生斷裂卡環(huán)的其他位置嚴(yán)重磨損。

圖1  斷裂的卡環(huán)    

由圖2可知，在右側(cè)裂紋源端附近存在沖壓工藝留下的撕裂坑，虛線箭頭方向為裂紋擴展方向。

 圖2  卡環(huán)的斷口宏觀形貌

（2）化學(xué)成分分析

根據(jù)本文所選材料60Si2MnA，采用能譜分析儀對卡環(huán)的進行材料化學(xué)成分檢測，其檢測結(jié)果如附表所示，卡環(huán)材料化學(xué)成分均符合GB/T 1222《彈簧鋼》的技術(shù)要求。

卡環(huán)的材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  （%）

（3）硬度分析

采用維氏硬度計對斷裂失效的卡環(huán)測量其基體硬度，檢測前先用標(biāo)準(zhǔn)試塊進行校準(zhǔn)，技術(shù)要求為540～610HV，實測576HV、588HV、569HV，說明熱處理后硬度滿足要求。

（4）金相組織分析

對斷裂卡環(huán)的斷口進行金相取樣，經(jīng)鑲嵌、打磨、拋光、腐蝕后，應(yīng)用光學(xué)顯微鏡進行顯微金相組織檢測，由圖3可知，熱處理后的金相組織為馬氏體+殘留奧氏體，符合技術(shù)要求。

圖3  基體組織（500×）

（5）斷口分析

采用掃描電子顯微鏡SEM（EVO18）對斷口進一步分析，圖4為卡環(huán)斷口裂紋源形貌圖，斷口存在弧形應(yīng)力擴展臺階（見圖4a），此處斷口較平整，呈現(xiàn)放射狀條紋，放射源即為裂紋源（見圖4b），對此處采用能譜進行檢測（見圖4c），應(yīng)力臺階處譜圖1部位被檢測出含有17.9%的氧，不含磷，而譜圖2部位（非應(yīng)力臺階區(qū)域）含氧量為0，這表明卡環(huán)磷化后某個過程中已產(chǎn)生裂紋，卡環(huán)在疲勞耐久試驗過程中繼續(xù)受到軸向力的情況，裂紋進一步擴展，斷口呈現(xiàn)出沿晶和穿晶斷裂，如圖5所示，最終零件在斷裂源的另外一側(cè)完全斷裂開來，如圖6所示，斷口存在大量韌窩。

（a）300×

（b）1000×

（c）能譜檢測區(qū)域

圖4  卡環(huán)斷口裂紋源SEM形貌

（a）500× 

 （b）2000×

圖5  卡環(huán)斷口擴展區(qū)SEM形貌

（a）500× 

（b）2000×

圖6  卡環(huán)斷口瞬斷區(qū)SEM形貌

3.結(jié)語

卡環(huán)斷裂是由于內(nèi)部存在原始裂紋，在試驗時，成為裂紋源，促使裂紋沿原始裂紋方向擴展而導(dǎo)致斷裂。