车轮辐板辊轴早期疲劳断裂：失效原因与机理剖析

Early Fatigue Fracture of Wheel Spoke Plate Rollers: Causes and Mechanism Analysis

摘要

辊轴是车轮辗轧成型过程中的核心装备之一，其表面在辗轧工况下承受高频交变应力，对抗疲劳性能与表面强化质量提出严苛要求。本文针对某5CrNiMo材质车轮辐板辊轴的早期轴头断裂失效问题，采用化学成分检测、显微组织分析、渗氮层深度与成分表征、硬度梯度测试及断口扫描电镜（SEM）等多维度表征手段，系统探究辊轴失效机理。结果表明，该辊轴早期疲劳断裂的核心原因是气体渗氮工艺未有效执行，导致表面未形成合格渗氮硬化层与残余压应力层，硬度与抗疲劳性能未达设计要求；而基体组织中存在的碳偏析条带虽在设计允许范围内，但对渗氮原子渗入速率存在一定影响，这为潜在的工艺优化方向。本研究通过渗氮工艺参数验证、对照组实验及多维度微观表征，明确失效主因并提出针对性改进措施，为同类轧制装备的质量控制与工艺优化提供技术支撑。

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基金资助

国家科技重大专项资助项目(2025ZA0122004)