作者所在公司生產的一級公路運輸車左右半軸總成，在噴砂處理后準備噴底漆時發現10件產品中有7件產品表面存在裂紋。裂紋分為兩種形態，一種裂紋位于軸本體并沿軸向擴展，另一種裂紋位于焊縫附近并沿焊縫熔合線擴展。問題發生后，工廠高度重視，選取了一件軸本體開裂件（1#）和一件焊縫開裂件（2#）進行分析。

主軸所用材料為45CrNiMoVA，屬碳含量較高，并含有較多合金元素的高強度合金鋼。該種材料淬硬傾向很大，熱影響區冷裂傾向也很大，且焊接性差。軸的加工流程為：棒材粗加工→主軸與滑塊支座采用手工氬弧焊連接（焊縫為環形插接角焊縫）→焊接后立即進行退火處理→探傷→調質處理（硬度要求為33~38HRC）→校正→噴砂→精加工。01宏觀觀察兩件軸裂紋的宏觀形貌如圖1所示，對兩件軸進行部分分解后，采用目視及體視顯微鏡對兩件軸表面裂紋分別進行觀察。圖1

兩件軸分解的宏觀形貌1#軸表面裂紋位于軸本體上并基本沿軸向擴展（尾部存在弧線拐彎），裂紋在深度方向上沿徑向擴展，裂紋中部已經穿透了所取試樣的厚度（厚約30mm），如圖2所示。圖21#軸表面裂紋宏觀形貌2#軸表面裂紋沿主軸一側的焊縫熔合線擴展，所取試塊焊縫熔合線位置均存在開裂現象（長約1/2周），進一步放大觀察裂紋由多條斷續微裂紋組成，如圖3所示。圖32#軸熔合線裂紋宏觀形貌剖面觀察，主裂紋上存在明顯分插裂紋；主軸焊縫底部熔合線也已開裂，從裂紋的走向判斷，該裂紋起源于角焊縫底部應力集中區，剖面裂紋宏觀形貌及走向如圖4所示。圖42#軸裂紋剖面宏觀形貌02斷面宏觀觀察采用機械方法將兩件軸上裂紋打開后進行觀察，1#軸裂紋斷面較平坦，斷面呈黑色，局部呈紅褐色，源區位于次表面，表面存在明顯的剪切唇（剪切唇厚度較薄），如圖5所示；2#裂紋斷面凹凸不平，裂紋沿熔合線擴展，斷面主要呈黑色，局部呈紅褐色，源區位于表面，為多源起裂，如圖6所示。（a）（b）

圖51#軸斷面宏觀形貌（a）（b）

圖62#軸斷面宏觀形貌03斷面微觀觀察將斷面置于掃描電鏡下進行微觀形貌觀察，兩個軸斷面的微觀形貌相似，整個斷面均附著一層較厚的氧化物，僅局部區域斷面隱約可見沿晶形貌，如圖7、圖8所示。（a）（b）圖7

兩件軸斷面氧化物（a）（b）

圖8

兩件軸斷面下方隱約可見沿晶形貌將斷面氧化物清洗后觀察：1

#軸斷面源區位于次表面，源區及擴展區呈沿晶形貌，表面剪切唇呈韌窩形貌，如圖9所示；2#軸整個斷面均呈沿晶形貌，如圖10所示。以上形貌特征表明兩個軸的開裂模式均為脆性開裂，且裂紋斷面存在嚴重的氧化。（a）（b）斷面沿晶形貌（c）源區（d）（a）剪切唇韌窩形貌（b）源區沿晶形貌圖91#軸斷口微觀形貌（a）（b）擴展沿晶形貌（c）源區（d）（e）源區沿晶形貌圖102#軸斷口微觀形貌04能譜分析對斷面氧化物進行能譜分析，主要含有O、Fe元素，為基體氧化物，能譜圖如圖11所示。圖11

氧化物能譜圖對軸基體進行能譜分析，結果表明軸基體主合金元素及含量符合45CrMoVA的要求，能譜圖及定量結果如圖12和表1所示。圖12

基體能譜圖表1

基體能譜定量結果05金相及硬度分析在兩件軸裂紋附近分別取樣制備成金相試樣進行組織觀察，兩件軸基體內部非金屬夾雜較少，其氧化物級別均為一級（按照GB/T10561—2005）；基體組織一致，均為回火屈氏體組織；兩個軸表面均存在明顯的脫碳現象，1#脫碳層深度約0.16mm，2#軸脫碳層深度約0.14mm，如圖13所示。兩個軸裂紋均沿晶擴展，裂紋內部均可見明顯的氧化物，裂紋兩側未見明顯的脫碳現象，主裂紋兩側存在多條沿晶分叉微裂紋，如圖14、圖15所示。對兩件軸基體分別進行顯微硬度測試（結果詳見表2），兩件軸的顯微硬度均比設計要求高。（a）1#軸表面脫碳（b）2#軸表面脫碳圖13

兩件軸表面脫碳形貌（a）（b）圖152#軸裂紋附近組織形貌表2

顯微硬度測試結果06結果分析與討論（1）能譜分析結果表明，軸所用材料主合金元素及含量符合設計45CrMoVA牌號的要求，金相分析結果表明軸基體內部未見超標的氧化物夾雜等材料缺陷。（2）裂紋斷面觀察結果表明，1#軸斷面較平、源區位于次表面，2#軸斷面相對粗糙，源區位于表面，兩件軸斷面均斷面附著一層較厚的黑色基體氧化物，原始斷口形貌已觀察不到。斷面清洗后發現兩個斷面源區及擴展區均呈沿晶形貌。以上斷口形貌特征表明兩件軸的開裂模式均為脆性開裂，且斷面發生了嚴重的高溫氧化。（3）金相分析結果表明，兩件軸表面均存在脫碳現象，但裂紋兩側未見明顯的脫碳現象，裂紋均沿晶擴展，并可見沿晶分叉微裂紋；而且兩件軸的硬度均比設計要求高。以上形貌及測試結