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40Cr钢汽车半轴断裂失效分析_金林奎

40Cr钢汽车半轴断裂失效分析_金林奎
40Cr钢汽车半轴断裂失效分析_金林奎

汽车中的板簧的断裂失效分析

材料断裂理论与失效分析汽车中的板簧的断裂失效分析 专业:材料工程(锻压) 类型:应用型 姓名:*** 学号: 15S******

汽车中的板簧的断裂失效分析 引言 汽车板簧是汽车悬架系统中最传统的弹性元件,由于其可靠性好、结构简单、制造工艺流程短、成本低而且结构能大大简化等优点,从而得到广泛的应用。汽车板簧一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁。在悬架系统中除了起缓冲作用而外,当它在汽车纵向安置,并且一端与车架作固定铰链连接时,即可担负起传递所有各向的力和力矩,以及决定车轮运动的轨迹,起导向的作用,因此就没有必要设置其它的导向机构,另外汽车板簧是多片叠加而成,当载荷作用下变形时,各片有相对的滑动而产生摩擦,产生一定的阻力,促使车身的振动衰减,但是板簧单位重量储存的能量最低,因些材料的利用率最差。 1.材质是什么?65Mn/低碳钢哪一类合适? 材质一般为硅锰钢。因为碳素弹簧钢因淬透性低,较少使用于汽车中;锰钢淬透性好,但易产生淬火裂纹,并有回火脆性。因此,硅锰钢在我国应用在汽车的板簧上较为广泛。 65Mn钢更为合适,因为: 低碳钢为碳含量低于0.25%的碳素钢,因其强度低、硬度低而软,又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢,大多不经热处理用于工程结构件,有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体,其强度和硬度较低,塑性和韧性较好。因此可以看出,低碳钢不符合板簧材料高强度和高硬度的要求。 65Mn弹簧钢,含有0.90%~1.2%的Mn元素,提高了材料的淬透性,φ12mm 的钢材油中可以淬透,表面脱碳倾向比硅钢小,经热处理后的综合力学性能优于碳钢,但有过热敏感性和回火脆性。Mn是弱碳化物形成元素,在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。一部分固溶于铁素体(或奥氏体),另一部分形成含Mn的合金渗碳体(Fe、Mn)。Mn还能显著提高钢的淬透性,改善热处理性能,强化基体、降低珠光体的形成温度,细化珠光体的片间距离,从而提高钢的强度和硬度。总体上,钢中加入锰为0.9%~1.2%,使淬透性和综合性能有所提高,脱

汽车板弹簧材料的选择

汽车板弹簧材料的选择 汽车钢板弹簧在汽车行驶过程中承受各种应力的作用,其中以反复弯曲应力为主,绝大多数是疲劳破坏。所以要求弹簧钢应有高的弹性极限以及弹性减退抗力好,较高的屈强比,为防止在交变应力下发生疲劳和断裂,弹簧应具有高的疲劳强度和耐蚀等性能。其性能要求:σ0.2≥1160MPa;σb≥1280MPa;δ10≥5%;ψ≥25%,而且,同样材料处理是否正确,其寿命相差也很大。 图(1)板弹簧实物图 一、板簧材料的选择及分析 备选材料钢号有:20Cr、40CrNiMn、60Si2Mn、65Mn。下面比较一下这四种材料的性能及用途。 1、20Cr 该钢是我国目前产量最大的几个合金结构钢之一,用途广泛。硬度较高。且此钢比相同含碳量的碳素钢具有较好的淬透性、强度和韧度。为了提高该模具钢的耐磨性,常进行渗碳处理(注意:渗碳时钢的晶粒有长大倾向),然后进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧度。 常用于制造截面小于30mm的、形状简单的、转速较高的渗碳件或氰化件,如活塞销、小轴等;也可以用于调制钢零件。 2、40CrNiMn 高淬透性的调质钢,有高的强度、韧度和良好的淬透性和抗过热的稳定性,但白点敏感性高,有回火脆性。焊接性较差,焊前需经高温预热,焊后需消除应力,经调质后使用。 应用:一般制作强度高、塑性好的重要零部件,氮化处理后制作特殊性能要求的重要零件,如轴类、齿轮、紧固件等;在低温回火或等温回火后可作超高强度钢使用。 3、60Si2Mn

由于硅含量高,其强度和弹性极限均比55Si2Mn高抗回火稳定性好,淬透性不高,易脱碳和石墨化。主要用作汽车拖拉机上的板弹簧、螺旋弹簧等。也用于制造承受交变载荷及高应力下工作的重要弹簧、抗磨损簧等。 4、65Mn 钢中加入锰为0.8%~1.2%,使淬透性和综合性能有所提高,脱碳倾向减小,但有过热倾向及回火脆性,易出现淬火裂纹。且锰钢价格便宜,资源丰富。 应用:(1)可用于普通模具弹簧;(2)冷冲模具凸模;(3)弹簧环、汽门簧。 通过以上比较,我们发现60Si2Mn淬透性号、弹性极限、屈强比和疲劳极限均较高,能符合汽车板簧的性能要求。因此我们选择60Si2Mn作为所需材料。 二、60Si2Mn的各项指标 1、化学成分 硅锰弹簧钢(60Si2Mn)是同时加入硅、锰,能显著强化基体铁素体,大为提高了钢的弹性极限,屈强比可达到0.8~0.9,而且疲劳强度也显著提高。硅锰元素的共同作用提高了钢的淬透性,硅还有效地提高了回火稳定性,锰提高了耐磨性。但硅促进脱碳倾向,锰增大了钢过热敏感性,但是两者复合加入后,硅锰钢的脱碳和过热敏感性较硅钢、锰钢为小,但还是会因过热敏感性产生淬火裂纹,因脱碳对工件耐磨性、疲劳强度产生显著影响。 2、临界点 3、60Si2Mn的拉伸性能 三、板弹簧加工工艺 加工工艺路线:下料→校直→钻孔→卷耳→淬火+中温回火→喷丸→装配→预压缩。 1、热处理工艺

汽车前桥故障分析

中谷汽车前桥故障分析: 一、低速摆头 1.现象:汽车低速直线行驶时前轮摇摆,感到方向不稳;转弯时大幅度转动方向盘,才能控制汽车的行驶方向。 2.原因:转向节臂装置松动;转向节主销与衬套磨损松旷;轮毂轴承间隙过大;前束过大;轮毂螺栓松动或数量不全。 3.诊断:前轮低速摆头和转向盘自由空程大,一般是各部分间隙过大或有连接松动现象,诊断时应采用分段区分的方法进行检查。可支起前桥,并用手沿转向节轴轴向推拉前轮,凭感觉判断是否松旷。若松旷,说明转向节主销与衬套的配合间隙过大或前轴主销孔与主销配合间隙过大。若此处不松旷,说明前轮毂轴承松旷,应重新调整轴承的预紧度。若非上述原因,应检查前轮定位是否正确,检查前轴是否变形。如果前轮轮胎异常磨损,则应检查前束是否正确。 二、转向沉重 1.现象:汽车转向时,转动方向盘感到沉重费力;无回正感。 2.原因:转向节臂变形;转向节止推轴承缺油或损坏;转向节主销与衬套间隙过小或缺油前轴或车架变形引起前轮定位失准;轮胎气压不足。

3.诊断:诊断时先支起前桥,用手转动转向盘,若感到转向很容易,不再有转动困难的感觉,这说明故障部位在前桥与车轮。因为支起前桥后,转向时已不存在车轮与路面的摩擦阻力,而只是取决于转向器等的工作状况。此时应仔细检查前轮胎气压是否过低,前轴有无变形;同时也要考虑检查前钢板弹簧是否良好,车架有无变形。必要时,检查车轮定位角度是否正确。 三、高速摆振 1.现象:随着车速的提高,摆振逐渐增大;在某一较高车速范围内出现摆振,出现行驶不稳,甚至还会造成方向盘抖动。 2.原因:轮毂轴承松旷,使车轮歪斜,在运行时摇摆;轮盘不正或制动鼓磨损过度失圆,歪斜失正;使用翻新轮胎;转向节主销或止推轴承磨损松旷;横、直拉杆弯曲;前轮定位值调整不当;前束失调,两前轮主销后倾角或内倾角不一致等,汽车行前行驶时,前轮摇摆晃动;车轮不平衡;转向节弯曲;前钢板弹簧刚度不一致。 3.诊断:在进行高速摆振故障的诊断时,应先检查前桥、转向器以及转向传动机构连接是否松动,悬架弹簧是否固定可靠。支起驱动桥,用楔块固定非驱动轮,起动发动机并逐步换入高速档,使驱动轮达到产生摆振的转速。若这时转向盘出现抖动,说明是传动轴不平衡引起的,应拆下传动轴进行检查;若此时不出现明显抖动,则说明摆振原因在汽车转向桥部分。 怀疑摆振的原因在前桥部分时,应架起前桥试转车轮,检查车轮是否晃动,车轮静平衡是否良好,以及车轮钢圈是否偏摆过大。

重卡钢板弹簧断裂分析

重卡钢板弹簧断裂失效分析 白培谦 泮战侠 慕松 赵鹏英 杜飞 (陕西汽车集团有限责任公司质量管理部,陕西西安,710200) 摘 要:通过宏观检查、化学成分分析、硬度测试以及微观组织检查等结果分析,确定了重型卡车用钢板弹簧断裂原因。分析结果表明:因超载使钢板弹簧出现过度反弓,造成板簧卡中的螺栓与钢板弹簧动态接触,发生磨损腐蚀现象,在过大的交变应力下出现疲劳断裂。并提出了防止其发生断裂事故的预防措施。 关键词:钢板弹簧;磨损腐蚀;交变应力;疲劳断裂 Fracture Failure Analysis of Heavy Truck Leaf Spring Bai Pei-qian, PAN Zhan-xia, Mu Song, Zhao Peng-ying, Du Fei, (1.Shaanxi Automobile Group Co., Ltd. Quality Management Department, Xi ’an 710200, China ) Abstract:The fracture cause of heavy truck leafspring is researched by macrography, chemical composition analysis, hardness test and microstructure test. The research shows that leaf spring excessive inverse arch-shaped for overload causes Frictional Contact between plate spring bolt and leaf spring and erosion corrosion and the leaf spring is broken for fatigue fracture Under alternating stress. In the paper the measures of preventing leaf spring fracture accident is put forward. Key words: leaf spring; erosion corrosion; alternating stress; fatigue fracture. 钢板弹簧是汽车悬架中重要的弹性元件,主要影响汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性,在车辆行驶过程中起到缓冲减振的作用。 同批次某矿山用短途重载卡车行驶约六千公里后发生四起钢板弹簧断裂事故。断裂钢板弹簧材料为50CrV A ,其生产工艺为:下料→钻孔→卷耳→淬火→回火→喷丸→装配→预压→喷漆。为了查明钢板弹簧断裂原因,对断裂失效件进行检查分析。 1 检查与结果 1.1 宏观检查 断裂发生在前钢板弹簧组第一片后侧板簧卡附近,见图1(a )箭头所示位置,距吊耳孔中心约26cm 处,断口侧表面可见明显磨损腐蚀痕迹,见图1(b )所示。在体视显微镜下观察钢板弹簧侧表面磨损腐蚀区域发现:断口侧表面磨损腐蚀区域呈现红褐色,仔细观察存在大量裂纹,且出现腐蚀坑,见图2。 (a ) (b) 图1 断裂位置及外观 Fig.1 the fracture position and appearance 收稿日期:

汽车零部件的失效模式及分析

汽车零部件的失效模式及 分析 专业: 班级学号: 姓名: 指导教师: 年月

摘要 汽车零件失效分析,是研究汽车零件丧失其规定功能的原因、特征和规律;研究其失效分析技术和预防技术,其目的在与分析零部件失效的原因,找出导致失效的责任,并提出改进和预防措施,从而提高汽车可靠性和使用寿命。

目录 第一章汽车零部件失效的概念及分类 (1) 一、失效的概念 (1) 二、失效的基本分类型 (1) 三、零件失效的基本原因 (2) 第二章汽车零部件磨损失效模式与失效机理 (3) 一、磨料磨损及其失效机理 (3) 二、粘着磨损及其失效机理 (4) 三、表面疲劳磨损及其失效机理 (5) 四、腐蚀磨损及其失效机理 (5) 五、微动磨损及其失效机理 (6) 第三章汽车零部件疲劳断裂失效及其机理 (8) 第四章汽车零部件腐蚀失效及其机理 (9) 第五章汽车零部件变形失效机理 (10) 参考文献 (11)

第一章汽车零部件失效的概念及分类 一、失效的概念 汽车零部件失去原设计所规定的功能称为失效。失效不仅是指完全丧失原定功能,而且功能降低和严重损伤或隐患、继续使用会失去可靠性及安全性的零部件。 机械设备发生失效事故,往往会造成不同程度的经济损失,而且还会危及人们的生命安全。汽车作为重要的交通运输工具,其可靠性和安全性越来越受到重视。因此,在汽车维修工程中开展失效分析工作,不仅可以提高汽车维修质量,而且可为汽车制造部门提供反馈信息,以便改进汽车设计和制造工艺。 二、失效的基本分类型 按失效模式和失效机理对是小进行分类是研究失效的重要内容之一。失效模式是失效件的宏观特征,而失效机理则是导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因,并依零件的种类、使用环境而异。 汽车零部件按失效模式分类可分为磨损、疲劳断裂、变形、腐蚀及老化等五类。 汽车零件失效分类 一个零件可能同时存在几种失效模式或失效机理。研究失效原因,找出主要失效模式,提出改进和预防措施,从而提高汽车零部件的可靠性和使用寿命。

汽车轮毂的断裂失效分析

汽车轮毂的断裂失效分析 发表时间:2017-06-27T14:02:09.450Z 来源:《基层建设》2017年6期作者:李宗保刘字光孔庆渤[导读] 摘要:通过外观检查、成分测试、硬度测试、金相组织和扫描电镜观察等方法,对某品牌汽车3个轮毅轴承失效件进行分析,可以找出造成轮毅轴承最终断裂失效的原因。中信戴卡股份有限公司河北省秦皇岛市 066000 摘要:通过外观检查、成分测试、硬度测试、金相组织和扫描电镜观察等方法,对某品牌汽车3个轮毅轴承失效件进行分析,可以找出造成轮毅轴承最终断裂失效的原因。结果表明,3种轮毅轴承的内圈和外圈的组织都符合JB/T1255-2001标准的要求;1#轮轴轴承失效的原因是由于化学成分不合格和轴承内圈滚道的表面硬度较低;2#轮毅轴承的化学成分、硬度和组织都满足要求,失效原因在于密封性较差, 而使得外圈滚道中外界硬度相对较高的颗粒落入滚道,造成磨损加剧;3#轮毅轴承外圈碳含量较低,使得外圈滚道表面硬度偏低,且由于润滑条件不好引起了粘着磨损,加剧了轴承的磨损,并最终造成失效。关键词:轮毅轴承;断裂失效;分析研究一、前言。随着我国汽车产量不断增加,轮毅轴承的需求量也在日益增大。轮毅轴承是汽车的重要基础件,其质量对汽车整车质量的影响非常大,对其性能要求也越来越高。轮毅轴承的作用主要是作为承重件和为轮毅的传动提供精确引导,既承受径向载荷又承受轴向载荷。常用的汽车轮毅轴是由两套圆锥滚子轴承或球轴承组合而成,其套圈一般采用热锻毛坯结合后续机加工进行生产。轮毅轴承形状复杂,尺寸精度和形位公差要求高,锻造工艺性差。目前,国内外各主要轴承企业主要采用开式模锻工艺进行生产,锻件成形质量较差,材料的利用率较低。 某汽车在行驶过程中,其后轮毅轴在安装轴承附近发生断裂,该车累计行驶里程为17km。轮毅轴材料为65Mn弹簧钢,经毛坯一锻造一机械加工一调质处理一轴表面高频感应淬火(淬火层深度要求为1.5一3.Omm)后成形。通过对失效轮毅轴进行外观检查,对其断口进行宏、微观观察和能谱分析,对其金相组织和硬度进行检查,确定了裂纹性质,最后分析了其断裂失效的原因,并给出了建议。本研究对提高后轮毅轴的可靠性,防止同类事故的发生具有一定的工程应用价值。 二、检测分析。(一)宏观分析。对其中典型的3种轮毅轴承进行失效分析,编号为1#,2#和3#。对比3种轴承的宏观形貌可以发现,1#内圈存在剥落、滚道变黄,外圈有压痕、滚道变黄;2#外圈上卜滚道有条状压痕;3#外圈有小块压痕。对3种轮毅轴承进行内外圈圆度测量,1#轴承的外圈内侧滚道偏离了设计图纸的标准值,2#外圈外侧滚道圆度、内圈外侧滚道圆度和内圈外侧滚道圆度都偏离了小于2.2m的标准;3#外圈外侧滚道圆度、外圈内侧滚道圆度和内圈外侧滚道圆度偏离设计标准。这也可以解释为什么在轴承运转过程中发生振动和噪音的原因。(二)成分检测。选取比较典型的3组失效轮毅轴承进行化学成分检验,在钢研纳克生产的Lab Spark750直读式火花光谱仪上进行化学成分测试,并与国标GB/T18254-2000《高碳铬轴承钢》中GCr15钢的化学成分进行对比分析,可以发现,1#轮毅轴承内圈和3#轮毅轴承的外圈的C含量要低于GB/T18254-2000标准对GCr15钢的要求,其余元素的含量都满足国标要求。(三)硬度和金相测试。对3种失效轮毅轴承的外圈进行硬度和硬化层深度测试,并参照机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》对外圈合格性进行评定。根据JB/T1255-2001标准中的要求,当套圈有效壁厚大于15mm时要求硬度在5761HRC,而当有效壁厚在15mm内时要求硬度大于5863HRC叭硬化层深度范围要求必须大于或者等于1mm。对比失效轮毅轴承外圈测试结果可知,3种轮毅轴承的硬化层深度满足要求,1#和2#轴承的硬度满足要求,但是3#轴承的硬度偏低,会增加轴承在运行过程中的磨损,从而造成失效,3#轴承硬度偏低与碳含量相对较低有关。对3种失效轮毅轴承表的外圈进行金相组织检测,3种轮毅轴承的金相组织都为结晶马氏体+针状马氏体+碳化物+残余奥氏体组织。参照JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》中球化退火后的技术要求,按第一级别图评定2—4级为合格组织,即允许有细点状球化组织存在,不存在欠热、碳化物分布不均匀和过热现象,对比3种外圈的金相组织可知,3种轮毅轴承的组织都在2}3级,满足机械行业标准JB/T1255-2001的要求。对3种失效轮毅轴承的内圈进行硬度和金相组织测试,并参照机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》对内圈合格性进行评定,经过检测发现1#轴承内圈的硬度偏低,而钢球的硬度在62HRC}65HRC,由此可见,在轴承高速运转过程中,1#内圈比较容易产生显微裂纹,随着运行时间的延长,这些显微裂纹会逐渐扩展,并最终造成轮毅轴承的失效;而2#和3#内圈的硬度与钢球相当,金相组织也满足JB/T1255-2001标准的要求。扫描电镜显微组织,分别对失效的3种轮毅轴承内圈和外圈滚道,以及新轮毅轴承的内圈和外圈滚道进行扫描,电镜显微组织观察。对于新轴承的外圈滚道而言,除了少量较浅的机加工刀痕外,整个滚道表面较为光滑,并没有孔洞或者机械损伤存在;对比3种失效轴承外圈滚道可见,1#外圈滚道的局部区域出现了剥落或者凹坑,但是数量较少;2#外圈滚道中有较多的细小凹坑存在,局部区域存在剥落,细小的凹坑弥散分布,可能是由于外界的硬度相对较高的颗粒落入滚道造成;3#外圈滚道中出现了蠕虫状的块状物凸起,这可能是由于润滑条件不够好而引起的粘着磨损。同样,对新轮毅轴承和3种失效轮毅轴承的内圈滚道进行扫描,电镜显微组织观察,对于新轴承的内圈滚道而言,表面较为光滑、平整,几乎看不到机械加工刀痕的存在,也没有发现孔洞或者机械损伤存在,内圈滚道表面质量较高;对比3种失效轴承内圈滚道,可以看见,1#内圈滚道表面聚集着大量尺寸不等的鹅卵石状的颗粒,能谱分析结果表明,这些颗粒主要含有C,O和Fe等元素,推测可能是在运行过程中,由于运转不当造成局部区域温度升高,而形成的铁的氧化物,如FeZ03和Fe30、化合物2#内圈滚道中有较多的细小白色颗粒状物质存在,此外还有一定数量的凹坑,对白色颗粒进行能谱分析,主要含有Fe和C元素,表明这些颗粒并不是外来的物质;3#内圈滚道中有较多的连续分布的凹坑,损伤较为严重,应该是在运行过程中产生的刮伤。 三、结论。

疲劳断裂失效分析

1 5.1疲劳断裂失效的基本形式和特征 5.2疲劳断口形貌及其特征 5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 5.4疲劳断裂失效的原因与预防 第5章疲劳断裂失效分析 2?按应力循环次数 当Nf>105时为低应力高周疲劳(通常所指) 当Nf<10 4时为高应力低周疲劳?按服役的温度及介质条件 机械疲劳、高温疲劳、低温疲劳 冷热疲劳、腐蚀疲劳?基本形式 切断疲劳:面心立方在单向压缩、拉伸及扭转条件下多以切断形式破坏 正断疲劳:大多数的金属构件的疲劳失效都是以此形式进行的,特别是体心立方金属 3 ?疲劳断裂的突发性?疲劳断裂应力很低 ?疲劳断裂是一个损伤积累的过程?疲劳断裂对材料缺陷的敏感性?疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性 4 典型的疲劳断口一般有三个区,即疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。疲劳断口的宏观特征与静载破坏的脆性断口相似,无明显的宏观塑性变形。 5 ?疲劳核心是疲劳破坏的起点,它总是位于零件强度最低或应力最高的地方。 ?零件承受弯曲、扭转疲劳负荷时,最大应力区是在零件的表面。 ?零件表面的加工刀痕、凹槽、尖角、台肩等处由于应力集中往往成为疲劳源。 ?如果零件内部存在缺陷,如脆性夹杂物、白点、空洞、化学成分的偏析等,则可能在零件内部产生疲劳源。 1、疲劳核心(或称疲劳源) 6 ù疲劳源的数目可以不止一个,在名义应力较高或是应力集中较为严重时,在高应力区域就可能产生几个疲劳源。 ù疲劳源的位置用肉眼或低倍放大镜就能判断,一般在疲劳区中磨得最光亮的地方。 ù在断口表面同时存在几个疲劳源的情况下,可按疲劳线的密度来确定疲劳源产生的次序,疲劳线的密度越大,表示起源的时间越早。

7 疲劳断口上最重要的特征区域 该区域上常有疲劳断裂独特的宏观标志,如贝纹状、蛤壳状、海滩波纹等。 贝纹线以疲劳源为中心,向四周推进呈弧形线条,垂直于 裂纹扩展方向。 对于光滑试样,疲劳弧线的圆心一般指向疲劳源区。扩展到一定程度时,也可能出现疲劳弧线的转向现象 当试样表面有尖锐缺口时,疲劳弧线的圆心指向疲劳源区的相反方向。 在低周疲劳断口上一般也不常能观察到贝壳状条纹线。 8 $疲劳裂纹达到临界尺寸后发生的快速破断,它的特征与 静拉伸断口中快速破坏的放射区及剪切唇相同,但有时仅出现剪切唇而无放射区。$对于非常脆的材料,此区为结晶状断口,即使是塑性良好的合金钢或铝合金,疲劳断件断口附近通常也观察不到宏观的塑性变形。 9 10 6与静载拉伸断裂时不同,拉压疲劳断裂的疲劳核心多源于表面而不是内部。缺口试样由于缺口根部有应力集中故靠近表面裂纹扩展快,结果形成波浪形的疲劳弧线。高应力导致疲劳稳定扩展区较小,而最终断裂区所占比例较大。 6旋转弯曲的疲劳源区一般出现在表面,但无固定地点,疲劳源可 以为多个。疲劳源区和最后断裂区相对位置一般总是相对于轴的旋转方向而逆转一个角度。而高应力集中时,最终撕裂面移向中心,呈现棘轮花样。交变扭转载荷也出现这种花样 6双向弯曲的疲劳源区可能在零件的两侧表面,最后断裂区在截面内部。在高名义应力下,光滑的和有缺口的零件瞬断区的面积都大于扩展区,且位于中心部位,形状似腰鼓形。随着载荷和应力程度的提高,瞬断区的形状逐渐变形成为椭圆形。在低名义应力下,两个疲劳核心并非同时产生,扩展速度也不一样,所以断口上的疲劳断裂区一般不完全对称,瞬断区偏离中心位置。 11 D第一阶段为切向扩展阶段。在交变应力作用下,使滑移形成的裂纹源扩展形成可观察的裂纹,裂纹尖端将沿着与拉伸轴呈45°角方向的滑移面扩展。该阶段中裂纹扩展范围较 小,一般在2~5个晶粒之内。 D第二阶段为正向扩展阶段。裂纹从原来与拉伸轴呈45 °的滑移面,发展到与拉伸轴呈90 °,该阶段的断口具有引人注目的独特形态-疲劳辉纹。 D第三阶段是由于裂纹扩展到一定长度后,使构件的有效截面减少而造成的一次性快速断裂,断口特征常为韧窝型撕裂。 12疲劳辉纹的一般特点 (1)疲劳裂纹是一系列基本上相平行的条纹,略带弯曲呈波浪形,并与裂纹局部扩展方向相垂直,其凸弧面指向裂纹扩展方向。 (2)在疲劳裂纹稳定扩展阶段,所形成的每一条辉纹相当于一次载荷循环。辉纹确定了裂纹前沿线在前进时的位置。(3)疲劳辉纹的间距随应力场强度因子而变化,应力越大,间距越宽;反之应力越小,则间距越窄。 (4)疲劳断口的微观范围内,通常由许多大小不同、高低不一的小断块组成,每一小断块上的疲劳辉纹连续且平行,而相邻小断块上的疲劳辉纹不一定连续和平行。(5)断口的两匹配面上的辉纹基本对应。

汽车悬置螺栓断裂失效分析

汽车悬置螺栓断裂失效分析 发表时间:2018-05-23T17:22:09.973Z 来源:《基层建设》2018年第6期作者:姚瑶 [导读] 摘要:本文分析了发动机安装支架和发动机支架的疲劳断裂问题。 江淮汽车集团股份有限公司乘用车制造公司安徽合肥 230601 摘要:本文分析了发动机安装支架和发动机支架的疲劳断裂问题。对螺栓的宏观、扫描电镜、化学成分和金相分析进行了分析,并对同一批次螺栓进行了力学性能试验。在各种物理化学试验的基础上,结合显微断裂和断裂机理,分析了螺栓的断裂原因。 关键词:汽车;悬置螺栓;失效分析 1前言 在开发多车发动机支架的过程中,将车辆用于发动机锻造钢悬架。在常规车辆的道路试验中,连接螺栓和螺栓断裂。本文从螺栓、螺柱断裂类型、螺栓连接强度计算和结构设计等方面分析了连接失效分析,并提出了改进建议。 2分析的内容 2.1分析样本 分析样品是一个完整的螺栓失效螺栓和失效螺栓。完整的螺栓是全新未使用的。 2.2分析内容 进行了断裂分析、化学成分分析、硬度测试、金相分析、扫描电镜和能谱测试。对完整的螺栓进行了化学成分分析、硬度测试、拉伸试验和金相分析。 2.2.1宏观断口分析。 断裂的连杆被分成两部分:螺纹部分的断裂部分留在连杆的深孔中,螺栓的另一部分暴露在外。打开螺丝孔后,将断头取出,螺孔内螺纹有外拉的痕迹。通过与相同模型的完全螺栓比较,发现螺栓的断裂位置位于螺纹的第一齿位置,螺纹部分没有明显的塑性变形。由于暴露螺钉的二次损伤,存在明显的多重冲击痕迹,杆体严重变形。虽然断裂具有一定的疲劳特性,但断裂边缘明显受到破坏。因此,暴露的螺杆部分没有断裂分析值。 2.2.2化学成分分析 样品采用螺栓,化学成分符合设计人员的技术要求。 2.2.3光学金相分析。 对失败螺栓基体的金相组织进行分析,组织相对均匀。在螺栓表面附近的组织形态学中未发现明显的脱碳。金相检查未发现异常。 2.2.4硬度分析。 结果表明,断裂螺栓的硬度与设计要求一致。 2.2.5SEM分析 采用扫描电子显微镜观察螺栓孔内的断裂情况,发现裂纹源位于断裂边缘。源区域面积较小,瞬时区域面积约为1/2。通过安装位置对准,线的螺纹有向外拉的位置。源区域的部分增大,疲劳阶段从断裂边缘开始,有许多与裂纹扩展方向垂直的小的疲劳条纹。 在源区没有明显的夹杂物和不均匀的冶金缺陷。随着裂纹扩展,疲劳条纹变得越来越长。在裂缝快速膨胀区,有一个明显的酒窝形状。扫描电镜(sem)在螺纹上观察,发现裂纹与断裂源部分平行。横截面的外表面有许多微裂纹。螺纹表面没有明显的加工缺陷。螺杆断裂为多个断口源,断裂源集中在截面的同一侧,锚杆和瞬态断裂带占整个断裂的比例(近1/2),这是典型的大应力低周疲劳断裂特征。通过对螺纹的观察,发现加工缺陷引起的应力集中,除了疲劳裂纹外,没有发现。因此,扫描电子显微镜(sem)的结果表明,连杆的断裂是在高单向弯曲循环加载作用下形成的。 3基于VDI2230方法的连接计算分析。 机械设计手册主要是指国家标准的螺栓连接计算方法。与VDI2230的计算方法相比,计算方法略粗糙,前考虑不全面。本文采用VD12230方法计算悬吊支架的连接,从表面处理、摩擦系数、结构尺寸、预紧力矩等方面分析了螺栓的连接强度。通过道路光谱采集,获得了悬吊支架的载荷和横向载荷,并得到了悬架的横向载荷。通过实验得到了连接结构的摩擦系数。 表一:摩擦系数 (1)使用VDI2230方法(MDESIGN分析软件)的帮助下,螺栓疲劳应力幅值是80mpa,电泳锻钢悬置支架的抗滑安全系数引擎联接螺栓底部SG=1.5,小于VDI2230SG1.8或更高的设计要求、安全系数;锻钢支架山经过电泳处理(相对结表面之间的摩擦系数是0.18),,通过嵌入预应力损失预紧的损失(VDI2230嵌入式)。因为螺栓利用率是72.3%,可以满足连接的安全系数增加扭矩。然而,螺栓的应力幅值很小,当扭矩接近屈服时,螺栓的应力幅值仍然高达71MPa。 (2)如果连接支撑面不进行电泳(螺栓的摩擦系数为0.23),则螺栓连接防滑的安全系数为SG=1.92,满足连接安全系数的要求;螺栓应力幅值为62MPa,不满足螺栓疲劳应力的要求。 (3)采用电导支架,然后螺栓扭矩增加,使螺栓计算利用率达到95%,螺栓疲劳应力幅值仍高达56mpa,仍然不能解决螺栓疲劳应力幅值过大的问题。结果表明,单纯增加预应力不能解决锚杆的疲劳破坏,表明锚杆应力幅值过大,导致螺栓疲劳断裂。 (4)通过增加基础凸集的3毫米直径,增加的面积的利用率95%结表面和螺栓,螺栓应力幅值明显降低,增加了底座直径的螺栓疲劳失效后问题解决了道路试验。指出零件结构的尺寸设计对螺栓连接的疲劳性能有重要影响,是提高螺栓连接在允许结构下的疲劳性能的一种方法。 (5)当然,在这种连接结构中,在弯矩作用下,3个紧固点分布,在弯矩作用下容易发生接触面积,在螺栓应力打开后会急剧增加,最终导致疲劳失效。如果你考虑在三角形分布中变化的扣分,可以有效地减少弯曲力,在三个螺栓上的载荷分布可以更均匀,防止单个螺栓发生早期疲劳断裂失效。然而,在发动机室空间中,很难进行有足够空间的三角形连接布置。

某轻卡板簧卷耳断裂的分析及改进

10.16638/https://www.wendangku.net/doc/eb6597292.html,ki.1671-7988.2018.20.033 某轻卡板簧卷耳断裂的分析及改进 吴林 (安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥230022) 摘要:文章针对某轻卡板簧卷耳断裂问题首先进行故障件物理分析,然后建立CAE模型进行强度分析计算,得出分析结果。运用同样的方法进行分析和整改,然后进行试验验证,最终满足设计要求。 关键词:板簧卷耳;CAE分析;改进方法 中图分类号:U463 文献标识码:B 文章编号:1671-7988(2018)20-91-02 Analysis And Improvement on leaf spring rolling fracture of A Light Truck Wu Lin ( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Hefei 230022 ) Abstract:The article mainly describes analysis and improvement on a light truck’s leaf spring rolling fracture. Firstly, physical analysis is carried out, and then a CAE model is established for strength analysis. A conclusion is drawn based on the analysis result. Use the same method for analysis and rectification and test to meet design requirements. Keywords: Leaf spring rolling; CAE analysis; ways to improve CLC NO.: U463 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)20-91-02 引言 钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件,它由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。钢板弹簧最长的一片称为主片,其两端弯成卷耳,卷耳内装有衬套,通过弹簧销可将钢板弹簧和车架连接。钢板弹簧的主片卷耳受力较大,是主片的薄弱处,为了增加主片的卷耳强度,常将第二片弹簧也变成卷耳,包在主片卷耳的外面。 1 故障情况 某轻卡在强化路试验里程2865km时,出现左后钢板弹簧主簧前卷耳位置断裂的情况。该板簧采用上卷耳和1/4包耳结构。 图1 板簧卷耳断裂图示 2 故障件分析 2.1 金相分析 板簧材质为60Si2MnA,硬度为HRC43.5,满足标准要求。对板簧进行金相检测,样片为4级组织,脱碳层深为0.112mm,能够满足标准要求。 图2 板簧卷耳破损部位断面 2.2 断面分析 板簧截面尺寸:11×70mm,符合图纸要求。观察断口,见图2,断面基本与板簧母线垂直,上表面5点裂纹源,呈 作者简介:吴林,就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。 91

钢板弹簧失效分析数据库经验总结

钢板弹簧失效分析数据库经验总结 钢板弹簧提前失效是商用车常见的故障,顾客抱怨和索赔所占比重较大,严重影响公司的声誉和经济利益。为维护公司声誉和对产品的分析改进,失效分析具有重要意义! 钢板弹簧的失效分析没有技术标准可参考,依据的多是行业内各供应商自己积累的经验。加上主机厂替换后的失效件退回周期长,断口锈蚀磨损严重不清晰,商用车在使用中负载和路况情况复杂,给失效分析带来一定困难。因此,失效分析很难给予明确的定性结论,也很难得到顾客认可。 鉴于以上两点,失效分析操作者的经验尤为重要!实验中心从16年至18年5月钢板弹簧失效分析共做75份191件,历经四人的工作经历,在钢板弹簧失效分析方面,积累了一定的经验,从中找到了一些规律性的失效模式。有必要对钢板弹簧失效分析做经验总结和建立数据库,成为公司的技术数据,为公司生产和质量改进、顾客反索赔提供技术依据。 通过统计和分析,对钢板弹簧失效件断口分为如下几种特征: 一、从断口来划分:分为断口齐整和断口不齐整(呈锯齿状或高低不平)两种。 从统计看,装车返回的失效件多为断口齐整情况,约占90%;台架疲劳试验件断口多为断口不齐整情况。分析其原因,笔者认为:装车返回失效件受力状态基本为常温交替疲劳循环,其表现为穿晶断裂,断口齐整;而台架疲劳试验受力状态为受力时间集中,连续受高应力且工作温度高(一般工件可达150-250℃),受力产生的疲劳裂纹沿晶界结合力弱的部位扩展,也就是说台架疲劳试验受力状态为非常温交替疲劳循环,其表现为非穿晶断裂,断口不齐整。

二、从疲劳源来划分:分为一点;两点或三点;多点或台阶纹。 1、一点:断口多为有一点疲劳源,约占65%。一点在板簧边缘左侧或右侧R角附近最多,在中间部位的少。 2、两点或三点:约占20%,分散分布。 3、多点或台阶纹:约占15%,集中分布,在断口上可看到高低不平平行分布的台阶纹。 三、从断口形成的纹理来划分:这是本数据库经验总结的重要部分,因为不同的受力情况会导致断口形成不同纹理,对于成分、金相、硬度对断口形貌的影响因素很小,可作为相同的理想状态不做分析。本文做统计和分析主要对此做总结。 在总结前,对几个术语做说明: 1、疲劳:材料、零件和构件在循环加载下,在某点或某些点产生局部的永久性损伤,并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。 2、低周疲劳和高周疲劳是可以放在一起讨论的概念。据循环周次来判定,一般总周次大于10的5次方为高周疲劳,小于10 的4次方为低周疲劳,但一般认为10的2次方到10的5次方为低周疲劳。对于板簧断裂失效件尤其退回件而言,真正的失效疲劳次数无从知道,因此低周疲劳和高周疲劳只是相比较而言。 高周疲劳一般在部件受到较小的交变应力时发生,疲劳寿命较长。由于失效持续时间较长,因此断口纹理明显。 低周疲劳一般在构件受到较高应力或者由于存在应力集中区域,局部应力超过材料的屈服极限,形成较大的塑性区,在交变应力作用下,塑性

钢结构基本原理第八章 钢结构的脆性断裂和疲劳

第8章 钢结构的脆性断裂和疲劳 8.1 钢结构脆性断裂及其防止 8.1.1 脆性断裂破坏 脆性破坏: 结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的。 特点:无塑性发展或很小,断裂时伸长量极其微小,没有破坏的预兆。 脆性破坏分类 ①过载断裂:由于过载,强度不足而导致的断裂。 特点:破坏速度快,主要是钢丝束、钢绞线和钢丝绳等。 ②非过载断裂:塑性很好的钢构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈脆性断裂 ③应力腐蚀断裂:在腐蚀性环境中承受静力或准静力荷载作用的结构,在远低于屈服极限的应力状态下发生的断裂,强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。 ④疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂:在交变荷载作用下,裂纹的失稳扩展导致的断裂,高周:循环周数在105以上者,低周:只有几百或几十次, 环境介质导致或加速疲劳裂纹的萌生和扩展称为腐蚀疲劳。 ⑤ 氢脆断裂: 氢使材料韧性降低而导致的断裂 钢结构的非过载脆性破坏P302 8.1.2脆性断裂的防止 构件不出现非过载脆性断裂的条件IC I K K ≤=σπα(含义见书) 为了防止脆性断裂,需要从三个方面着手: 1.钢材选择(保证足够韧性IC K ) 材料韧性指标:冲击韧性。 碳素钢:夏比V 形缺口冲击功不低于27J ; 低合金高强度结构钢:夏比V 形缺口冲击功不低于34J ; 公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度不超过4Omm ,按所处最低温度加40℃级别要求; 公路钢桥和吊车梁在翼缘板厚度超过 4Omm, 降低最低温度; 低温地区避免用厚度大的钢板,必须用厚板时,应提高对冲击韧性的要求或进行全厚度韧性试验。 2.初始裂纹:减小初始裂纹,避免形成裂缝间隙,保证焊缝质量,限制和避免焊接缺陷,焊缝表面不得有裂纹; 3.应力:缓和应力集中,减小应力值,避免受到约束而产生高额残余应力 4.结构形式与构造细节:超静定结构优于静定结构:由于地基不均匀沉陷会导致严重不利的内力重分布。静定结构采用多路径传递荷载优于单路径传递荷载。单个构件:多路径组织要优于单路径组织 焊接受弯构件的受拉翼缘,当弯矩很大,需要选取较厚的翼缘时,从抗断裂的

汽车零部件失效分析

汽车零部件失效分析 摘要:随着汽车的不断普及和机械设备事故的频发,汽车的安全性和可靠性逐渐成为人们关注的焦点。论文通过研究汽车零部件失效的类型,丧失功能的原因、特征和规律,提出相应的改进和预防措施,为汽车制造部门提供便于改进制造工艺和汽车设计的反馈信息,进而提高汽车可靠性、使用寿命和维修质量。 关键词:汽车零部件;失效模式;磨损 1.汽车零部件失效的概述 1.1汽车零部件失效的概念 所谓失效是指汽车零部件失去原设计所规定的功能,导致汽车技术状况变差,包括完全丧失原定功能,功能降低和严重损伤等,如果继续使用将会失去安全性和可靠性。因为汽车零部件的技术状况会随着零部件的使用过程逐渐发生变化,因此通过分析汽车零部件的性能恶化过程,然后有针对性的采取改进措施,对于维持汽车的技术水平具有非常重要的作用。 1.2汽车零部件失效的分类 汽车零部件按失效模式分类可以分为:一是磨损,包括粘着磨损、表面疲劳磨损、磨料磨损、微动磨损、腐蚀磨损,如齿轮表面和滚动轴承便面的麻点、曲轴“抱轴”等。二是疲劳断裂,包括低应力高周疲劳、高应力低疲劳周疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳,如齿轮轮齿折断、曲轴断裂等。三是腐蚀,包括化学腐蚀、穴蚀、电化学腐蚀,如湿式汽缸套外壁麻点。四是变形,包括过量弹性变形、过量塑性变形和蠕变,如曲轴弯曲、基础件变形等。五是老化,如橡胶轮胎、塑料器件龟裂、变硬等。失效模式是研究汽车零部件失效的关键,同一个零件可能同时存在集中失效模式。 2.汽车零部件失效的原因 2.1设计制造方面的原因 汽车零部件的设计制造不合理是造车汽车零部件早期失效的主要原因之一。如汽车零部件的材料选择方面,我国GB5216标准规定的齿轮钢淬透性带宽为12HRC,而美国休斯通用公司为8HRC,日本小松为5HRC,远远不及国外汽车生产企业的标准要求。如汽车零部件的设计方面,轴的台阶处直角过渡、过小的圆角半径、尖锐的棱边等造成的应力集中处,都会成为汽车零部件破坏的成因。 2.2工作条件方面的原因 汽车零部件失效工作条件方面的原因主要包括:一是工作环境,由于汽车零

42CrMo钢汽车前轴淬火开裂原因分析

第38卷 第1期2013年1 月HEAT TREATMENT OF METALS Vol.38No.1January 2013檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴殜殜殜殜失效分析 42CrMo 钢汽车前轴淬火开裂原因分析陈希原(重庆海森机电设备开发公司,重庆400039) 摘要:采用化学成分分析、扫描电镜和显微组织观察以及X 射线能谱分析等方法,对42CrMo 钢重型汽车前轴锻件淬火开裂的原因进行分析。结果表明,钢中残留的硼含量异常是造成工件淬火开裂的主要原因,同时原材料中的带状组织偏析和粗大的显微组织增加了淬火开裂的倾向。 关键词:42CrMo 钢;重型汽车前轴;淬火开裂;硼含量 中图分类号:TG157文献标志码:B 文章编号:0254-6051(2013)01-0131-04 Analysis on cause of quenching crack of automobile front axle of 42CrMo steel Chen Xiyuan (Chongqing H-Senic Machinery &Electrical Equipment Co.,Chongqing 400039,China ) Abstract :By means of the chemical composition analysis ,SEM ,microstructure and EDS analysis ,the cause of quenching crack of 42CrMo steel automobile front axle forging were analyzed.The results show that the main reason of quenching crack is anomalous exceptional boron content in steel.And ,the banded structure in the raw material and the coarse microstructure increase the tendency of quenching crack.Key words :42CrMo steel ;heavy-duty car front axle ;quenching crack ;boron content 收稿日期:2012-06-25 作者简介:陈希原(1957—),男,浙江温岭人,高级工程师,主要从事热 处理淬火介质、 低真空变压热处理、锻造余热淬火和激光表面强化等方面的热处理工艺研究与现场技术服务,发表论文近40篇。联系电话: 023-********,E-mail :chxy-005@163.com 重型车前轴锻件是汽车前桥总成中的重要保安构 件,其材料性能和工件内在质量的好坏将直接关系到 汽车转向系统的安全可靠性和汽车的使用寿命及人身 安全。重型汽车前轴锻件的材料为42CrMo 钢,其生 产工艺流程为下料→中频加热→模锻成型→余热淬火 →高温回火→喷丸→探伤检查。 按照上述工艺流程,某单位采用国内某钢厂生产 某熔炼炉号的原材料锻造成形及淬火、回火后,经磁粉 探伤检查发现有大量裂纹,造成了大批量的报废,经济 损失严重。为此,从前轴的裂纹形态、化学成分、显微 组织等方面分析了产生淬火开裂的原因, 并结合生产工艺,提出了有效的改进措施。1 理化检验1.1 宏观形貌重型车前轴锻件的外观形貌见图1, 在前轴的头图1重型车前轴的外观Fig.1Appearance of the heavy-duty car front axle 部有一条很深的纵向裂纹,如图2(a )所示,在前轴工字梁处根部有多条裂纹,如图2(b )所示 。图2前轴头部(a )和工字梁截面(b )处的裂纹宏观形貌Fig.2Cracks macro-morphologies at the top (a )and I-beam section (b )of front axle 1.2化学成分分析在有裂纹的部位取样,去除试样表面氧化层和磨平抛光试样表面后,采用波长色散X 射线荧光光谱仪分析常规化学成分和残留微量元素含量,常规化学成分结果如表1所示,Sn 、As 、B 等残留微量元素含量分别为0.0103%、0.010%、0.0034%。

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