圖1　斷裂傳動軸的宏觀形貌

銷孔直徑為5mm，在工作時受到的擠壓應力約為80MPa，設計安全系數(shù)較大，銷孔由電火花加工而成，電火花加工后無后續(xù)處理。電火花加工是一種利用電、熱能進行加工的方法，其不受材料硬度、脆性、韌性、熔點等的限制，可加工任意導電材料，適用于加工結構特殊、形狀復雜及薄壁結構的零件。

為了查明該傳動軸斷裂的原因，筆者對其進行了檢驗與分析。

理化檢驗

分析與討論

由理化檢驗結果可知，斷裂傳動軸的化學成分及基體顯微組織均未見異常，傳動軸銷孔表面存在變質層及微裂紋，斷裂部位未見明顯塑性變形痕跡。斷口微觀呈現(xiàn)疲勞條帶特征，斷裂源區(qū)存在疲勞臺階，可知傳動軸為多源疲勞斷裂。傳動軸銷孔表面存在多條沿變質層微裂紋擴展的長裂紋，說明傳動軸的斷裂起源于銷孔表面的微裂紋，在外力作用下擴展直至斷裂。

電火花加工是一種直接利用電能與熱能加工的特種工藝。電火花加工時，工件之間不相互接觸，通過電極分別與脈沖電源的兩極相接，然后浸入工作液里，通過相互之間間隙控制進給量，使得兩電極之間的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。瞬時集中大量的熱能，溫度急劇升高，壓力驟然變化，從而使工件接觸面的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺。在電火花加工過程中，放電時的瞬時高溫與工作液的快速冷卻作用對材料表面層產(chǎn)生重要的影響，使表面層分為表面熔化凝固層和其下面的熱影響層。熔化凝固層，由于觀察顯微組織時呈現(xiàn)白亮色，故又稱之為白層。白層是放電時瞬時高溫熔化，受工作液快速冷卻而又滯留下來的一層物質，其組織為樹枝狀的淬火鑄造組織，由晶粒極細的馬氏體和殘余奧氏體及某些碳化物組成。熔化凝固層的厚度隨能量的變化而變化，但一般不超過0.1mm。熱影響層是熔化凝固層和基體之間的過渡區(qū)域，其和基體材料之間無很明顯的界限，熱影響層的金屬材料并沒有熔化，只是受到高溫的影響，使材料的顯微組織發(fā)生了變化。

電火花加工表面由于受到瞬時高溫作用后極速冷卻，容易產(chǎn)生拉應力，因此在表面容易出現(xiàn)顯微裂紋。大量試驗數(shù)據(jù)表明，一般裂紋僅在熔化凝固層內出現(xiàn)，只有在能量很大情況下(粗加工時)才有可能擴展到熱影響層。顯微裂紋的存在使其耐疲勞性能比機械加工的表面低許多倍。因此，在選擇加工方法時應充分考慮零件的實際工況。傳動軸銷孔處在工作中會受到較大的交變載荷作用，一旦存在微裂紋，將快速擴展并使傳動軸斷裂。

結論及建議

該傳動軸的斷裂模式為疲勞斷裂，是由于電火花加工工藝設置不當，使傳動軸的銷孔表面產(chǎn)生了微裂紋，在交變載荷作用下，銷孔表面處的微裂紋不斷擴展直至傳動軸發(fā)生斷裂。

建議將銷孔的加工工藝由電火花加工改為機械鉆孔，以增強銷孔表面的完整性，提高其耐疲勞性能。