汽車(chē)水泵轴承断裂分(fēn)析与解决方案

针对汽車(chē)水泵轴承发生断裂的失效问题，对断轴的形貌、化學(xué)成分(fēn)、硬度及金相等进行了检验和分(fēn)析，表明断裂的主要原因是泵轴的强度偏低和退刀(dāo)槽存在尖端缺口效应，属典型的疲劳断裂。提出了改变水泵轴承热处理(lǐ)工艺和优化泵轴几何尺寸的解决方案，有(yǒu)效地解决了水泵轴承断裂的质量问题。
关键词：汽車(chē)水泵轴承；疲劳断裂；感应淬火
汽車(chē)水泵是发动机冷却系上的关键部件，其在水泵轴承的一端通过皮带轮输入扭矩，带动另一端的叶轮旋转。為(wèi)适应发动机的大功率、高效率的发展要求，对水泵轴承提出了更高的性能(néng)要求。断裂、腐蚀、剥落和漏脂等是汽車(chē)水泵轴承常见的失效模式，其中以断裂的危害最大，因此对断裂的失效模式进行分(fēn)析并制定相应的预防措施是十分(fēn)必要的。
某型号汽車(chē)水泵在車(chē)辆运行大约200小(xiǎo)时后发生轴承断轴问题，用(yòng)户严重抱怨。该水泵轴承型号為(wèi)WR1938148，产品结构如图1所示，断口发生在法兰盘后部的退刀(dāo)槽处。為(wèi)了掌握该水泵轴承断裂的原因，对失效件进行了检验和分(fēn)析。
断口分(fēn)析
断口形貌如图2所示，疲劳裂纹扩展台阶和条纹清晰可(kě)见，根据其特征将断口分(fēn)為(wèi)3个區(qū)域：起裂源區(qū)、疲劳裂纹扩展區(qū)、瞬时断裂區(qū)。通过肉眼和低倍镜观察发现：1區(qū)出现明显的反复摩擦痕迹，因此可(kě)以断定此处為(wèi)疲劳裂纹的起始位置。1區(qū)的下方出现放射状条纹，而且有(yǒu)明显的撕裂痕迹，所以该區(qū)為(wèi)疲劳裂纹扩展區(qū)。2區(qū)的起始位置存在明显的撕裂痕迹，之后又(yòu)没有(yǒu)出现，这说明裂纹在开始扩展时速度很(hěn)快。随着裂纹的加深，扩展速度不断减小(xiǎo)，最后僵持停留一段时间，在断口上留下停留痕迹。当裂纹扩展到临界值，轴的剩余截面无法克服弯扭复合应力时，就造成以剪应力為(wèi)主的瞬时剪切疲劳破坏，因此3區(qū)存在拉長(cháng)的韧窝，且有(yǒu)弧形划痕。通过断口的观察和分(fēn)析可(kě)知，断面属典型的弯扭复合疲劳断裂。在开始时，裂纹的起裂和扩展主要以弯曲应力為(wèi)主，一旦起裂，裂纹扩展速度由快变慢，之后进入裂纹扩展僵持阶段，最后以剪应力為(wèi)主造成轴的断裂失效。