汽車轉向拉桿調整管斷裂失效分析

0 引言

轉向拉桿是轉向系統重要的零部件，它的工作狀態直接影響車輛操縱的穩定性以及行駛的安全性。45號鋼的汽車轉向縱拉桿前段調整管在爬坡轉向過程中發生了斷裂。斷裂位置在調整桿的螺紋處發生，斷口較為平齊，與拉桿軸向垂直，如圖1所示。為了防止此類事故再次發生，對斷裂的拉桿調整管斷口進行了失效分析。

轉向縱拉桿前段調整管材料為45號鋼材質GB/T8162—2018的無縫鋼管，根據標準中查得，鋼管為正火態供貨，直接加工使用未作熱處理，工件結構示意圖見圖2。制造工藝為：原材料下料—機械加工—表面處理—裝配成品。

1 實驗與分析

1.1 斷口分析

使用干燥氣流和纖維軟刷對斷口進行清理，清理后斷口表面的宏觀形貌如圖3所示，從圖中可以看出：斷口存在早期缺陷，缺陷處存在氧化色及疲勞條帶，通過疲勞條帶方向可推斷缺陷起源于調整桿外螺紋根部

，向鋼管心部擴展，早期缺陷寬度僅2.3mm，擴展區范圍較小，且沒有瞬時斷裂區，因此，早期缺陷僅造成調整管強度較低，并未直接引起斷裂。還有兩處灰黑色圓弧狀的脆性斷裂區(圖3中，脆性斷裂區1、脆性斷裂區2)，無宏觀塑性變形，斷口粗糙，一側與早期缺陷通過淺灰色斷裂區(圖3中，韌性斷裂區1)貫通。另一側銀灰色斷口(圖3中，韌性斷裂區2)可見撕裂形貌，通過撕裂紋路方向可推斷，由深灰色脆性斷裂區起裂。

除了印刷技術方面，在環保方面，利豐雅高也響應國家號召，積極進行環保生產。公司在空氣治理方面投入400萬安裝了VOCs末端催化燃燒裝置；積極做好源頭控制，禁用含酒精的異丙醇洗車水；嚴格進行過程管控，比如將擦拭布放在密封箱里等。末端治理方面，利豐雅高安裝了廢水凈化裝置，保證排出的是符合國家標準的廢水。對于廢固，其按照規定碼放、建立臺賬、交由資質公司處置。可以說，利豐雅高在環保的路上真正做到了源頭控制、過程管控、末端治理。

使用蔡司EVO 18掃描電鏡和牛津 X-Max 20X射線能譜儀對斷口進行微觀觀察與分析，對脆性斷裂區1、脆性斷裂區2進行放大，可見在兩斷裂區內均存在密集的夾雜物，如圖4(a)和(b)。對鋼管內壁進行觀察，發現內壁內同樣存在較多夾雜物，如圖4(c)。對夾雜物進行500倍放大其形貌如圖4(d)和(e)所示，可見夾雜物與周圍組織存在較大空隙，夾雜物附近組織存在解離和韌窩混合斷裂形貌。可推斷夾雜物與原始組織結合力不均勻，存在應力集中。早期缺陷在集中應力的作用下，首先在夾雜物與基體之間產生或夾雜物本身萌生，導致早期微裂紋形成，加速了鋼的脆性破壞過程

。脆性斷口表面未產生明顯氧化，可見并未產生早期缺陷開放性缺陷。

在失效調整管的圓管部分取15mm×8mm的條狀試樣制成金相試樣，浸蝕劑采用4%的硝酸酒精溶液，使用光學顯微鏡觀察失效材料組織。如圖7(a)和所示，斷裂材料組織為鐵素體和珠光體，材料為符合正火態未作調質處理，如圖7(b)所示為放大500倍的金相組織，可見白色網狀的鐵素體和珠光體，組織大小不均，組織中未發現符合GB1979—2001《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》中夾雜物、疏松等缺陷，由此可見非金屬夾雜物的在圓管段并未有分布。

通過對斷裂調整桿進行實驗及分析，結果表明，調整桿的化學成分、力學性能均符合相關材料規定，雖然材料整體硬度略高，金相組織不夠優良，還不足以引起斷裂。調整桿斷面存在早期疲勞缺陷，但疲勞斷面形貌擴展區范圍較小，并未引起最終斷裂，僅減小工件的承載面積，同時也說明調整桿設計疲勞強度不足。通過顯微觀察材料中密集分布著不變形鋁硅酸鹽脆型夾雜物，夾雜物與原始組織存在間隙，導致調整桿承載力進一步降低，脆性斷裂區間在扭轉力的作用下，瞬間產生脆性斷裂向兩側擴展，與初始缺陷貫通，并最終撕裂，是失效斷裂的源區。

（5）臨時通告必須從通告上剪下粘貼歸檔，分類和刪除無效的通告。（中、英版臨時通告 年度摘要上的無效通告要做刪除標記，或建立一個有效臨時航海通告索引）

在裂紋源1和裂紋源2斷口上觀察到密集分布的不變形鋁硅酸鹽(莫來石)3Al

O

·2SiO

為脆性夾雜物，硬度1500HV。由于脆性夾雜物的線膨脹系數較鋼材小

，當冷卻時，金屬收縮量大，夾雜物的與鋼基體間產生間隙，破壞了金屬的連續性

，在密集分布的脆性夾雜物周圍便產生張應力

，夾雜物越大、越多形成的張應力愈大，產生的危害也愈嚴重。

1.2 化學成分分析

斷裂轉向拉桿調整管使用的原材料是GB/T8162—2018中45號鋼結構用無縫鋼管，由于失效調整管已無法制取拉伸試驗，試驗選取了與轉向拉桿調整管同批次入庫的45號結構用無縫鋼管制取拉伸試樣，實驗結果見表4。其檢測數據符合GB/T8162—2018中45號鋼力學性能規定。

1.3 力學性能分析

使用移動式直讀光譜儀對清潔處理后的拉桿殘骸的化學成分進行檢測，化學成分檢測結果與45號鋼的化學成分參數對比如表3所示。通過對比可以看出斷裂拉桿中各元素的含量均在標準要求的范圍內，僅碳元素含量接近極限值，碳元素的含量增加，會導致材料的強度和硬度提高，同時會對塑性、韌性和材料焊接性能造成不良影響，本文研究的斷裂拉桿均為折彎冷成型，不存在焊接成型，所以可以忽略碳元素過高對拉桿斷裂的影響

。

1.4 硬度分析

據GB699其硬度范圍為不大于HB229(大約為20.3HRC,對應抗拉強度約770MPa)，使用洛氏硬度儀在金相試樣上每隔5mm取樣檢測硬度，結果如表5所示，硬度略高于標準值，與實驗抗拉強度結果相符。

1.5 金相分析

大型水庫多被群山環繞，大多地段山體陡峭，植被良好，少有人生產活動跡象，水庫管理單位對庫區大部分土地并未進行確權劃界，也未采取隔離措施。但近年，人類活動范圍不斷外延，加之水庫管理單位對庫區土地管理不到位，目前土地權屬爭議較大。水庫確權劃界難度較大，主要存在以下問題：

2 結論

對裂紋源1處的夾雜物進行能譜分析，如圖5所示，測出夾雜物中各元素的含量如表1所示，通過夾雜物元素定量分析初步判定在裂紋源1上觀察到的夾雜物主要為3Al

O

·2SiO

復合夾雜物，在斷面中分布無規律。

如圖6所示，對裂紋源2處的的夾雜物進行能譜分析，通過能譜分析可以測出夾雜物中各元素的含量如表2所示，通過夾雜物中元素定量分析初步判定在裂紋源2上觀察到的夾雜物主要為Na

O·MgO·SiO

·CaO復合夾雜物，在斷面中分布無規律。

針對以上情況，建議采取以下改進措施：

按Trizol說明書提取各組細胞的總RNA，進行RT-PCR逆轉錄反應得到cDNA。然后實時熒光定量PCR反應擴增，記錄循環數值（Ct），結果表示成2（—△△Ct），以對照組為 1。引物序列見表 1。

(1)增加調質處理工序: 通過調質處理將基體組織處理為索氏體或托氏體，提高組織強度、均勻度和疲勞極限；

(2)重新進行受力核算，優化轉向拉桿結構，提高調整桿安全系數。

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