汽车驱动轴断裂失效分析

一. 汽车驱动轴失效背景

客户汽车在行驶2万公里后发生故障，经检查发现驱动轴断裂，断裂位置为卡簧槽台阶处。客户送检失效样品进行检测分析，以期找出失效原因。

样品示意图

二. 测试内容 设备及方法

测试环境：（23±5）℃，（40~80）%RH

三.汽车驱动轴测试结果

3.1断口观察

小结：对驱动轴断裂位置进行宏观观察发现，断裂起始于卡簧槽台阶处，无明显塑性变形，台阶处无明显的R角，且侧壁可观察到明显刀纹；断面平齐，与轴线接近垂直，磨损较严重，裂纹源位置可观察到发散状条纹，芯部为最终断裂区。

3.2 断口SEM形貌观察

小结：裂纹源A位置磨损较严重，断面凹陷处存在许多碎屑，边缘处可观察到两个缺口；边缘区域(B位置)可观察到呈冰糖状的晶粒，为沿晶脆性断裂；靠近边缘的C位置可观察到扇形解理与河流花样，为解理断裂；芯部区域(D位置)可观察到许多细小的韧窝，为韧性断裂。

3.3低倍组织观察

小结：从低倍组织照片可以看出，驱动轴组织分为淬硬层、过渡区、芯部与中心区四个区域；通过低倍组织测量，其淬硬层深度约为3.5mm。

3.4淬硬层深度测量

小结：参照GB/T 9450-2005，测试驱动轴的淬硬层深度约为3.5mm，与低倍组织中测量结果一致，且符合2.5~5.0mm的规格要求。

3.5夹杂物与金相组织观察

小结：

1. 纵截面切片可观察到较多长条状硫化物夹杂与少量球状氧化物夹杂，参照GB/T 10561-2005，采用A法进行夹杂物评级为A2，D0.5。

2. 驱动轴淬硬层组织为板条马氏体；过渡区组织为珠光体(部分为细片状索氏体)+少量铁素体；从芯部组织可以看出，驱动轴存在带状偏析，组织为珠光体+沿原奥氏体晶界呈网状分布的铁素体；中心区为粒状与片层状珠光体。

3.6化学成分分析

                                                                                                                                                  Unit:%

Cf53(客户提供)                                                                                                                                                                                                   Unit:%

小结：以上所给成分均为质量百分比；参照客户提供的成分规格，驱动轴的化学成分符合cf53的规格要求。

3.7 硬度测量：

小结：以上所给硬度值均为3点测量结果之平均值；参照客户提供的技术要求，驱动轴的表面硬度与芯部硬度均符合规格要求。

四.汽车驱动轴测试结论：

综合以上测试分析，驱动轴卡簧槽无R角，且存在缺口缺陷，易造成应力集中，产生裂纹；驱动轴的芯部存在带状偏析，组织为珠光体+网状分布的铁素体，在一定程度上会影响驱动轴力学性能，降低驱动轴的使用寿命。

建议：

1. 卡簧槽台阶位置增加R角设计；

2. 改善加工工艺，避免加工缺陷（缺口、刀纹）的出现；

3. 改善热处理工艺，中频淬火前增加调质处理，改善组织偏析，提高轴的综合力学性能。