工程机械销轴是机械零部件间的连接元件，承受较大单向弯曲载荷、剪切应力或挤压应力等。某工程机械销轴由40Cr钢轴与Q235B钢套管焊接而成，服役条件较差，长期暴露于潮湿和水泥粉尘的环境中，3个月后发生断裂。为找到销轴断裂的原因，来自研究人员对其进行了理化检验和分析，以期为焊接工艺的改进和预防销轴断裂提供帮助。

1. 理化检验

1.1 宏观观察

        该工程机械销轴于40Cr钢轴与Q235B钢套管焊接处断裂，将40Cr钢轴沿断裂面分为两部分，两侧断面分别称为断面A和断面B。由图1所示的断口宏观形貌可见，裂纹源位于焊接焊缝处，沿40Cr钢轴的横截面扩展，断口宏观平直呈放射状花样，具有明显脆性断裂特征。

图1 断裂销轴的宏观形貌

1.2 化学成分分析

     对断裂销轴取样进行化学成分析，可见其化学成分符合GB/T3077—2015《合金结构钢》对40Cr钢成分的要求，但磷、硫等杂质元素含量相对偏高，虽未超出标准要求但高于正常生产时内部控制要求(磷的质量分数≤0.020%，硫的质量分数≤0.015%)。

1.3 金相检验

      从断面B沿裂纹源纵向切开，制作矩形块状试样，试样经抛光、浸蚀后观察其显微组织。在其右上角的裂纹源附近发现有与母材浸蚀着色程度不同的异常组织，如图2所示。

 图2 取样位置及异常组织

进一步放大观察，可见裂纹源附近异常组织为以马氏体为主的焊接热影响区组织，母材区显微组织为铁素体+珠光体，如图3所示。

图3 裂纹源附近的显微组织形貌

切取断面上带有焊缝的试样并观察其显微组织形貌，如图4所示，可见试样存在界面清晰的典型焊接形貌分区，包括焊缝区、热影响区和母材区。

 图4 焊点附近的显微组织形貌

     进一步观察热影响区的显微组织形貌，如图5所示，可见热影响区中接近焊缝区的组织为粗大的马氏体，是焊接过程高温导致奥氏体晶粒粗化而形成的过热区，这一区域晶界脆性较大；向内组织逐渐转变为由细小马氏体组成的细晶区；靠近母材区组织是由细小马氏体和颗粒状铁素体组成的混合组织，为不完全淬火区，具有一定的强度和韧性。

图5 热影响区的显微组织形貌

      对图5所示热影响区中的过热区放大观察，如图6所示，在粗大马氏体组织内发现了沿晶分布的裂纹缺陷，可判断为应力断裂。

图6 热影响区的过热区显微组织形貌

     进一步放大观察图4所示带有焊缝的试样，如图7所示，可见在热影响区和焊缝区的界面处有一条宽度约30μm 的深色焊接熔合带，带内存在杂质富集的现象，可进一步判断销轴断裂起始于热影响区的过热区与焊缝区的界面处。

图7 焊缝区和热影响区界面处的显微组织形貌