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      汽車座椅連接銷斷裂分析

      2015-11-16 06:04:26梅丹偉任利珍曹傳亮盧柳林
      金屬加工(熱加工) 2015年11期
      關(guān)鍵詞:韌窩倒角凹槽

      ■梅丹偉,任利珍,曹傳亮,盧柳林

      汽車座椅是將乘員與車身聯(lián)系在一起的重要內(nèi)飾部件,它直接影響到整車的舒適性和安全性。在發(fā)生碰撞時,座椅作為安全部件在被動保護(hù)中起決定性作用的組成部分,它可以在事故發(fā)生時最大限度地減輕對駕駛員和乘員造成的傷害。

      某款乘用車在對座椅進(jìn)行沖擊試驗時,其中一個連接銷發(fā)生斷裂。本文通過各種試驗方法對斷裂連接銷進(jìn)行綜合分析,以確定其斷裂失效原因。

      1. 理化檢驗及結(jié)果

      (1)斷裂特征觀察 斷裂連接銷宏觀形貌見圖1、圖2,斷面與連接銷軸向垂直、起伏不平,斷口凹陷部分灰暗、無金屬光澤,邊緣部分在沖擊試驗時受到破壞,軸向可見明顯塑性變形。

      (2)化學(xué)成分分析 對斷裂連接銷取樣,采用直讀光譜儀對其進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見附表。

      從附表檢測結(jié)果可以看出,斷裂連接銷化學(xué)成分符合要求。

      (3)金相組織觀察 將斷裂連接銷徑向切開,經(jīng)過鑲嵌、磨拋、腐蝕后,用金相顯微鏡對其進(jìn)行組織觀察,斷裂連接銷表面和心部為均勻的回火索氏體組織,見圖3、圖4。

      圖1 連接銷斷面

      圖2 斷裂連接銷軸向變形

      圖3 斷裂連接銷表面組織(500×)

      圖4 斷裂連接銷心部組織(500×)

      斷裂連接銷化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

      (4)斷口SEM觀察 采用掃描電鏡對斷裂連接銷斷面進(jìn)行觀察,其試樣邊緣未被破壞位置斷口形貌見圖5,表面較為光滑且有裂紋時沖擊試驗造成開裂的表面處理金屬層,該層以下是典型的拉伸韌窩斷口;靠近心部斷口形貌見圖6,同樣是拉伸韌窩斷口,屬于正常斷裂形式,未見明顯的夾雜物或空洞等材料缺陷的裂紋源。

      2. 故障再現(xiàn)驗證

      從圖1中可以看到,斷裂連接銷斷口在沖擊試驗時大部分遭到破壞,未找到裂紋起始位置及產(chǎn)生原因,重新取連接銷裝配與沖擊試驗相同工況進(jìn)行故障再現(xiàn)試驗。再現(xiàn)試驗后連接銷宏觀形貌見圖7,該連接銷發(fā)生較大的彎曲,但未斷裂。

      對再現(xiàn)試驗連接銷凹槽處進(jìn)行掃描電鏡觀察時,發(fā)現(xiàn)有沿外緣面的裂紋(圖8),將其放大觀察,為典型的韌窩斷口,與斷裂連接銷斷口形貌一致,見圖9。將零件沿軸線切割,對凹槽處剖面觀察,圖樣要求凹槽處倒角R0.2mm,此處機(jī)械加工明顯不規(guī)范,見圖10。

      3. 分析與討論

      從故障再現(xiàn)中彎曲連接銷的檢測可以看出,雖然此連接銷沒有發(fā)生斷裂,但是在凹槽外緣圓周方向已產(chǎn)生了裂紋,從圖9中觀察到萌生的裂紋形貌與斷裂連接銷的斷口形貌一致,均為韌窩斷口。

      在對凹槽軸向剖面觀察中看到尖銳的倒角,機(jī)械加工不當(dāng)導(dǎo)致此處應(yīng)力集中,裂紋由此倒角處萌生、并開始擴(kuò)展直至斷裂。有文獻(xiàn)研究了缺口角度對某低合金鋼沖擊性能的影響,表明缺口越尖銳,參與塑性變形的材料體積越小,得到的沖擊吸收能量越低。

      綜合以上分析,斷裂和變形的連接銷失效原因是一致的,是局部未發(fā)生明顯塑性變形的延性斷裂。延性斷裂通常反映為過載斷裂,即零件所承受的真實力超過了危險截面處的強(qiáng)度所造成的斷裂。連接銷凹槽位置由于機(jī)械加工不當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)力集中,在外力作用下裂紋便在凹槽邊緣位置萌生、擴(kuò)展并最終斷裂,即設(shè)計強(qiáng)度不夠和局部應(yīng)力集中導(dǎo)致連接銷斷裂。

      4. 結(jié)語

      (1)斷裂連接銷斷口是典型的韌窩斷口,設(shè)計強(qiáng)度不夠和局部應(yīng)力集中是造成斷裂的主要原因。

      (2)新品試驗零件的失效分析,應(yīng)首先從設(shè)計角度入手,零件合理的尺寸及形狀設(shè)計,合適的選材及熱處理方式,以及必要的力學(xué)性能試驗分析,可以有效遏制零件失效。

      圖5 邊緣斷口形貌

      圖6 心部斷口形貌

      圖7 再現(xiàn)試驗連接銷宏觀形貌

      圖8 凹槽處裂紋(300×)

      圖9 凹槽處裂紋(400×)

      圖10 凹槽軸向剖面

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