(2.72)--材控金属构件失效分析.ppt

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1、材料失效分析案例案例简介某汽车零件生产厂家，出现汽车离合器壳体开裂现象，请专业人士来做失效分析，以确定原因。外观检测离合器壳体由铝合金铸造而成。一个壳体破断为两部分，一个壳体一侧的裂纹长220mm,另一侧有一条15mm长的裂纹。裂纹的起始位置均在壳体侧面下方的交界处。壳体侧面的内表面呈135和90夹角,无明显的过渡园角。裂纹扩展方向与该处所受拉应力的方向垂直。离合器安装情况：离合器左边与发动机相联,右边与变速器相联。离合器壳体受到较大弯矩作用。发动机工作时,壳体受到强烈振动。壳体下部受到瞬时大的拉应力作用,在应力集中处容易产生裂纹造成开裂或破断。现场调研显微观察断裂面有放射状撕裂棱。断面上有许

2、多闪光的小点,同时发现有园形、椭园形的空洞。最大的一个椭园形孔洞尺寸为0.6mm1.2mm。这些空洞的内表面呈熔融金属凝固态,为铸造缺陷气孔。显微分析 观察裂纹形态及扩展方向。裂纹端部位于壳体两侧面内表面相交处,裂纹上及其附近有大大小小的气孔,裂纹垂直于壳体边缘扩展。显微分析金相显微组织由白色的a固溶体+灰色的条状及小块状的Si晶体+黑色细针状Al-Si-Fe化合物组成。黑色针状Al-Si-Fe化合物为有害相,导致壳体材料的韧性下降。裂纹穿过气孔,并沿针状Al-Si-Fe化合物界面扩展。电镜分析沿晶界或相界扩展的微细裂纹。平整的晶体平面。观察到晶界和晶内的裂纹。该壳体材料的断裂机制为一种包含沿

3、晶(或相界)断裂和穿晶断裂两种形式的混合断裂。在裂纹快速扩展区断裂形貌呈山脊状撕裂棱。能谱分析对壳体材料和组织中的条状物进行成分分析。合金的成分接近于铸造铝合金ZL102(ZL102成分:9087%Al,1013%Si)。含有Fe,生成有害相细针状的Al-Si-Fe化合物,降低了该合金的韧性。条状物的Si含量很高,确定其为Si晶体。硬度测定(1)布氏硬度测定 硬度为5461HB。该壳体的硬度值与铸造铝合金ZL102的硬度相近。(2)显微硬度测定 白色块状物 65HV0.02；条状物 75HV0.02 合金的硬度较低,反映该合金的强度也较低,只能用于对强度要求不高的铸件。断裂原因分析(1)所用材料强度低,气孔多。合金含铁量高,出现较多的针状Al-Si-Fe化合物,使韧性大大降低。(2)壳体两侧面的内表面无明显的过渡园角,导致应力集中。(3)安装结构不甚合理,导致壳体承受弯矩过大,振动厉害。易于开裂。(4)壳体受弯矩作用,同时受到强烈振动,迭加了扭矩,在壳体应力集中处产生微裂纹,裂纹扩展,导致开裂、破断。改进措施(1)材料方面:a.更换材料,采用强度较高的ZL107、ZL109。b.降低含铁量,进行良好的变质处理。(2)壳体结构方面:将壳体侧面内表面尖角相交改为园角过渡。(3)改进发动机离合器变速器安装方式,以减轻壳体所承受的弯矩及振动。结束语Dank