汽车设计课程教学改革探索实践.docx
. &县.、. * 如果本篇文档对您有所帮助, 还希望能够给予支持与鼓励！ 微信扫一扫，您将赞助网站 建设。您的鼓励，是我们最 大的动力！汽车设计课程教学改革探索实践摘要：某重型汽车的一桥摆臂在服役期间发生开裂。通过宏观检查、 化学成分分析、微观分析、金相检验等方法，对摆臂的开裂原因进行 了分析。结果表明：该开裂摆臂的开裂模式为疲劳开裂，摆臂在锻造 过程中产生了折叠缺陷，折叠缺陷内伴生夹杂及微裂纹，在工作应力 下折叠缺陷成为疲劳源，最终导致摆臂开裂。关键词：摆臂；锻造；折叠缺陷；夹杂；微裂纹；疲劳开裂一桥摆臂是车辆转向系统的重要零件之一，其主要作用是将转向拉杆 的力传递至转向节臂上，从而实现车辆的转向。某重型汽车一桥摆臂 在服役期间发生开裂，该开裂一桥摆臂的材料为4 0 C r钢，加工工 序为：下料一自由锻一模锻一喷砂一热处理一机加工一表面喷漆。为 查明该一桥摆臂开裂的原因，笔者对其进行了检验和分析，以期避免 此类事件的再次发生。1理化检验1. 1宏观检查开裂摆臂的宏观形貌如图1所示，可见开裂发生在折弯处，沿厚度方 向两侧均可见开裂。开裂摆臂的表面孔位有装配痕迹，其余部位未见 严重的磕碰、擦伤等外来机械损伤。将摆臂的裂纹打开后观察裂纹开 裂面形貌，图2为开裂断面的宏观形貌。可见红褐色物质覆盖的较不 平坦区域为开裂断面，其余断面则是打开裂纹时切割形成的，开裂断 面贯通摆臂的厚度方向，并向内扩展1 52 0 mm。开裂断面距摆 臂表面13 mm区域分布有较多小台阶，其余开裂断面则呈典型的 纤维状，人字纹指向摆臂表面裂纹。1 . 2化学成分分析采用直读光谱分析仪对开裂摆臂的化学成分进行分析，结果见表1。 可见开裂摆臂的化学成分符合G B/T3077-2015合金结 构钢对4 0c r钢的成分要求。2 . 3微观分析摆臂的开裂断面经抛光后，使用4 % （体积分数）的硝酸酒精溶液浸 蚀，其宏、微观形貌如图3所示，可见开裂断面上富集小台阶的部位 内有一浅色近似扇形的区域。扇形区域的显微组织形貌如图4所示， 可见其显微组织为铁素体+片状珠光体+贝氏体，片状珠光体轻微破 碎。开裂摆臂正常区域的显微组织为中等粗细的回火索氏体+少量贝 氏体+少量铁素体，如图5所示。在摆臂开裂断面的次表面可见多条 与开裂断面平行的条带状缺陷，缺陷两侧较平滑并伴有明显的脱碳， 其内部有断续分布的夹杂及微裂纹，如图6所示。3 . 4金相检验对同批次的未服役摆臂（对应开裂摆臂的开裂处）进行金相检验，试 样经磨抛后的宏观形貌如图7所示。可见该处的流线呈“几”字形分 布，“几”字开口朝向摆臂表面。在“几”字开口处有线状缺陷，该 缺陷颜色较浅。在光学显微镜下观察，可见“几”字形缺陷两侧有轻 微贫碳现象，且内部有断续分布的微孔洞、夹杂等，如图8所示。2分析与讨论由上述理化检验结果可知，开裂摆臂的化学成分符合G B / T 3 0 7 7 2 0 1 5对4 0c r钢的成分要求，且其显微组织正常。开裂发 生在摆臂的折弯处，在开裂面的次表面可见多条与开裂面近似平行的 条带状缺陷，同批次未服役摆臂对应开裂位置上的流线呈“几”字形 分布，表明该区域在压应力作用下发生了剧烈的塑性变形，“几”字 形开口处可见线状缺陷。通过缺陷的微观形貌，并结合摆臂的加工工 艺可知，此缺陷为锻造过程中产生的折叠缺陷。折叠缺陷破坏了摆臂 的连续性，成为应力集中源、裂纹源等，而且显著降低摆臂的力学性 能，导致摆臂在此处萌生裂纹，在正常服役过程中裂纹会逐渐扩展。 由调查可知，摆臂在喷砂结束后表面有肉眼可见的程度不一的缺陷， 故对摆臂表面进行了补焊处理，断口上富集的小台阶即为补焊所致。 由检验结果可知，补焊未完全消除摆臂的折叠缺陷，且补焊所用焊条 与母材成分有较大差异。当摆臂出现折叠缺陷时可以通过合理的补焊 工艺进行修补，但必须注意以下几点：补焊应在摆臂热处理之前；折 叠缺陷应进行机械打磨，待完全消除后再进行补焊；补焊时应采用与 母材成分相近的焊条。3结论及建议该开裂摆臂的开裂模式为疲劳开裂，摆臂在锻造过程中产生了折叠缺 陷，折叠缺陷内伴生夹杂及微裂纹，在工作应力下折叠缺陷成为疲劳 源，最终导致摆臂开裂。建议优化摆臂的锻造工艺，选择合适的折弯 模具，以减少折叠缺陷的产生；对摆臂易产生折叠缺陷的部位进行磁 粉探伤检测，加强摆臂的质量检验。参考文献：1 王荣.机械装备的失效分析(续前)第2讲宏观分析技术J .理 化检验(物理分册)，2 0 1 6, 5 2 ( 8 ) ： 5 3 4 - 5 4 1.2黄进城.锻件折叠缺陷产生成因及预控方法J.企业技术 开发(中旬刊)，2 0 1 4, 2 8 ( 1 1 )： 1 0 3 - 1 0 4.3谢舒敏.浅析模具锻造中折叠缺陷成因J.军民两用技术 与产品，2015, 3 5 ( 6 ) ： 2 4 6 - 2 4 7.4腾巍，梁博,孙晓庭，等.4 2 C rM。钢高强度螺栓轴向开 裂失效分析J .理化检验(物理分册)，2 0 1 7, 5 3 ( 4 )：4 9 6 - 2 9 8.5 李雪峰，王春芬，郭海霞.HRB 4 0 0螺纹钢表面缺陷形成 原因分析J.理化检验(物理分册)，2 0 1 3 , 4 9 ( 6 )： 4 13-415.作者：李琳琳慕松单位：陕西重型汽车有限公司
