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【失效分析】汽車齒輪卡圈斷裂分析
01測試背景
客戶生產過程中，部分中軸五檔齒輪卡圈在裝配時發生斷裂。客戶送檢2pcs樣品，1#樣品為斷裂卡圈，2#樣品為同批次未使用卡圈，樣品如下圖1所示。 卡圈材質為65Mn(成分如下表所示)，板材沖壓法制備。 熱處理工藝：加熱至830~850℃淬油，回火溫度410~430℃，表面經發黑處理，處理過程不接觸酸。根據客戶要求，對斷裂卡圈進行失效分析測試，以期找出其斷裂原因。
02實驗方案
03 測試結果
3.1宏觀形貌觀察
斷裂卡圈斷面的絕大部分區域(B、C位置)呈亮灰色，且可觀察到許多小亮面，周邊(A位置)呈深灰色；從側面照片可以看出，斷面平整，無明顯塑性變形，說明其整體為脆性斷裂。
3.2微觀形貌觀察及成分分析
1.卡圈斷面邊緣小區域A位置可觀察到少量韌窩，為韌性斷裂；其他大面B和C位置呈冰糖狀，晶面光滑，且可觀察到一些二次裂紋，為沿晶脆性斷裂，但也存在少量穿晶斷裂。
2.斷面A位置和B位置表面化學成分未見明顯異常。
3.3切片觀察
1. NG和OK卡圈的基體中均無較大的夾雜物或氣孔存在。
2. NG卡圈斷口及基體的金相組織與OK卡圈基體無明顯差異，均為保持馬氏體位向分布的回火屈氏體。
3.4硬度測試
2個卡圈的硬度無明顯差異，且均符合規格要求。
04分析討論
1. NG卡圈斷面平整，無明顯塑性變形，整體呈脆性斷裂。
2. NG卡圈斷面大部分區域呈冰糖狀，晶面光滑，為沿晶脆斷伴隨少量穿晶斷裂，且可觀察到一些二次裂紋，邊緣少部分區域可觀察到明顯韌窩，為韌性斷裂；斷面化學成分無明顯異常。
3. NG&OK卡圈基體均無較大的夾雜物或氣孔存在，金相組織也無明顯差異，均為保持馬氏體位向分布的回火屈氏體。
4. 斷裂卡圈的硬度符合規格要求，但接近管控上限。
05結論
NG卡圈整體為脆性斷裂，發黑處理過程未接觸酸，且斷口無氫脆特征，排除氫脆可能。斷面沿晶斷裂位置晶面光滑，無第二相薄片或碳化物存在，金相組織及硬度均無明顯異常，排除過燒可能。
65Mn卡圈中合金元素Mn含量較高，可促使雜質在晶界處偏聚，降低材質韌性；且鋼中P含量超過0.020%，也會促使材質脆性增加。同時，卡圈硬度偏高(接近管控上限)，回火溫度為410~430℃，較接近第一類回火脆性溫度(250~400℃)。
綜上推測其為回火脆性導致的脆性斷裂。
06改善建議
1.降低原材料雜質含量
2.改善熱處理工藝(如適當提高回火溫度)等。
