汽車擺臂斷裂失效分析

劉海峰，唐剛

(深圳比亞迪汽車有限公司，廣東 深圳 518118)

0 引言

某轎車在試驗中突然前懸左下臂總成斷裂、懸掛位移，造成車輛不能正常行駛。車輛行駛里程為19870 km。斷裂前懸左下臂為鑄鐵件，其表面不同部位印鑄有不同的標記字樣，技術(shù)要求鑄件材料為QT450-10。

為了查找該擺臂斷裂原因，對其進行試驗分析。

1 試驗過程

1.1 宏觀斷口分析

經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)斷裂發(fā)生在擺臂最薄弱區(qū)，該處明顯比擺臂其他部位壁薄，斷裂位置見圖1，斷裂源區(qū)附近有明顯磕碰痕跡(見圖2)。

懸左下臂宏觀形貌斷口(見圖3)兩側(cè)均有污染物，斷口平齊呈脆性斷裂，斷面灰黑色。由此初步可以判斷該擺臂球化不良，甚至未進行球化處理。

1.2 金相檢驗

分別在擺臂不同部位取金相試樣進行檢查，金相試樣取樣部位見圖4。依據(jù)GB/T 9441-2009《球墨鑄鐵金相檢驗》對各部位進行金相檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 金相檢測結(jié)果

1.3 力學性能檢測

在擺臂本體上取拉伸試樣，進行力學性能試驗，在截取拉伸試樣過程中發(fā)現(xiàn)擺臂鑄件內(nèi)部存在不同大小的疏松孔洞。力學性能檢測結(jié)果如表2所示。

表2 力學性能檢測結(jié)果

2 試驗驗證

為了驗證石墨球化級別是否對擺臂的力學性能及耐久性有影響，分別對不同批次的擺臂進行了疲勞耐久試驗、靜載荷試驗、金相試驗，結(jié)果見表3。

表3 不同批次驗證結(jié)果

3 分析討論

(1)斷口平齊呈脆性斷裂，斷面灰黑色。

(2)在制作拉伸試樣過程中發(fā)現(xiàn)該零件存在明顯的疏松孔洞。

(3)力學性能結(jié)果表明:該零件抗拉強度和伸長率不符合標準要求，硬度結(jié)果符合標準要求。

(4)金相分析結(jié)果表明:擺臂球化不良，球化率低，主要以片狀石墨和蠕狀石墨為主，另有極少量球狀石墨，片狀石墨的存在導(dǎo)致零件基體連續(xù)性差，這種組織未達到技術(shù)指標規(guī)定要求，使球墨鑄鐵的力學性能急劇下降。致使該擺臂在受力較大的情況下發(fā)生斷裂。

(5)通過對擺臂進行靜載荷、疲勞耐久試驗以及金相試驗，發(fā)現(xiàn)當石墨球化級別為2級時擺臂承受的靜載荷和疲勞耐久性遠遠大于球化級別為6級的擺臂。

4 缺陷分析及預(yù)防措施

球化不良主要與鐵液的碳當量、球化、孕育等工藝有關(guān)。生產(chǎn)中防止球化不良應(yīng)采取的措施:(1)球化劑的加入量要足夠;(2)在球化處理時，應(yīng)盡量防止鎂的燒損，提高球化劑吸收率;(3)嚴格控制原鐵水含硫量，應(yīng)選用低硫生鐵;(4)鐵水溫度應(yīng)控制在工藝要求范圍內(nèi)，鐵水溫度過高會產(chǎn)生球化劑燒損過多，溫度過低合金易“結(jié)死”，均會產(chǎn)生球化不良。

5 結(jié)論

通過以上綜合分析，認為前懸左下臂總成斷裂的主要原因是石墨球化不良，使該零件力學性能急劇下降所造成。

【1】楊學桐．金相檢驗［M］．上海:上海科學普及出版社，2003．

【2】劉北興．金屬學與熱處理原理［M］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007．

【3】孫智，江利，應(yīng)鵬展．失效分析基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2005．