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

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。常用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。

综上所述，应用65Mn钢更为合适。

2.所选材质的合金化原理、性能特点、典型热处理工艺。

2.1材质的合金化原理

65Mn钢化学成分见表2.1，一般其抗拉强度σb(MPa)≥980(100)；屈服强度σs(MPa)≥784(80)；伸长率δ10(%)≥8；断面收缩率ψ(%)≥30；硬度：热轧≤302HB，冷拉+热处理≤321HB。

表2.1 65Mn钢化学成分

C Si Mn P S Cr Ni Cu

含量0.62~0.70 0.17~0.37 0.90~1.20 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.10 ≤0.15 ≤0.20 2.2材质的性能要求

板簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。因此所选材质应具有较高的强度以及适当的韧性，并且具有较高的弹性极限、较好的弹性减退抗力以及较高的屈强比，为了防止板簧在交变应力下发生疲劳和断裂，弹簧应具有较高的疲劳强度和耐蚀等性能，通常为σ0.2≥1160MPa，σb≥1280MPa，δ10≥5%，ψ≥25%。

汽车板簧在工作中反复承受交变弯曲应力，故对板簧的表面质量要求很高，不允许其表面有缺口、裂纹、折叠和斑疤等，表面即使存在微小缺陷和损伤，也会由此产生应力集中，形成疲劳源，导致板簧早期疲劳断裂口。有研究指出，断裂板簧的裂源正好萌生于小坑处，并且小坑处组织为针状马氏体，且有淬火裂纹存在。故板簧表面的小坑及裂纹是引起板簧早期疲劳断裂的根源。

为了满足上述性能要求，板簧钢应具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。

2.3材质典型的热处理工艺

板簧的主要制造工艺过程为：下料一钻孔一轧制切头一校正一第一片卷耳一端磨一淬火一回火一喷丸一探伤一油漆一测试。即使是同样的材料，其热处理是否合理，导致的寿命相差也很大。因而通常材料在淬火得到马氏体后，进行回火处理，可得到碳化物尚未发生明显的聚集长大，保持弥散的分布状态的回火组织。淬火所造成的第二类内应力也几乎全部消除，但并未发生再结晶，仍保留马氏体针状结构和强化效果，故而有较高的弹性极限。

在淬火前对65Mn钢加热到860度，油淬，在380度中温回火。采用回火屈氏体转变机制是：马氏体在中温回火温度，其过饱和的碳原子析出与铁原子结合生成颗粒状碳化物，马氏体组织中碳浓度减少，晶格改组转变成铁素体组织，形成由极细小的颗粒状渗碳体分布在铁素体基体上这种机械混合物称之为回火屈氏体。板簧钢的高弹性极限性能主要依靠这种组织来实现。碳化物尚未发生明显的聚集长大，保持弥散的分布状态，马氏体制发生回复过程，由淬火所造成的第二类内应力几乎全部消除，但未发生再结晶，仍保留马氏体针状结构和强化效果，故而有较高的弹性极限，硬度54.1HRC。

淬火工艺为：淬火温度为850~880℃，淬火时间有板厚决定。淬火介质为10号轻柴油，在油中冷却50~75s，油温控制在20~50℃。

图2.1 65Mn钢淬火温度与硬度的关系

中温回火工艺：中温快速回火，以提高生产效率和强度。回火温度及时间视板厚而定，见表2.2。

表2.2回火工艺参数

板厚/mm ≤8 >8

时间/min 18 30 回火炉前部温度/℃480±20 460±20

回火炉后部温度/℃680±20 650±20

图2.2 65Mn钢回火温度与硬度关系图2.3 65Mn钢经回火后硬度与冲击性关系

图2.2描述了65Mn回火硬度随回火温度升高而发生变化的规律，由图可见，在180-280℃范围内回火时，其硬度随回火温度升高而变化不大。在300℃回火时，硬度略有升高，为57-58HRC。图2.3描述了65Mn在870℃冷淬火后经不同温度回火后的硬度值与冲击韧度的关系。图2.3所示的冲击韧度有两个峰值，其中一个峰值约为400J/cm2，对应的硬度为50-52HRC，这个硬度对冷作模具而言，显然是偏低的。另一峰值韧度约为380J/cm2，其对应的硬度值为57-58HRC。对于膜片弹簧成形压淬模而言，硬度为50-55HRC较为合宜，硬度为55HRC时，冲击值为谷点(实际回火脆性为350℃左右)，应避开。回火最后得到的组织为回火屈氏体。

喷丸的目的是为了提高弹簧的强度和疲劳寿命，要对热处理后的板簧进行喷丸处理。经喷丸处理的疲劳寿命一般可达未喷丸的5~10倍。

3.服役环境的要素

弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求板簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。在工艺上要求板簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等。考虑板簧可能的服役环境为：

（1）汽车板簧需承受来自汽车车厢以及载物的重量，各弹簧片受力变形，产生弯曲变形；

（2）汽车在行驶过程中，当路面不平时，汽车发生较大幅度和频繁的颠簸，则汽车板簧需承受冲击载荷，并因此造成单向循环弯曲应力；

（3）当汽车行驶速度过高时，也会加大汽车板簧的变形幅度，导致板簧加速疲劳而损坏；

（4）紧急刹车会瞬间加大汽车板簧的受力，长期频繁的紧急刹车会对汽车板簧造成严重的损坏；

（5）汽车在转弯时，若转弯速度较大，则会产生过大的离心力，加大外侧板簧的负荷；

（6）汽车行驶的环境如果较为恶劣，零部件容易发生腐蚀。

4.有可能发生的断裂模式是什么？

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，如图4.1所示。

图4.1 板簧的失效

板簧可能发生的失效：

（1）过载断裂：当汽车超载时，载荷的重量超过板簧的承载能力，此时板簧往往发生永久性塑性变形，当工作载荷超过其所能承受的极限载荷时，将发生过载断裂。

（2）脆性断裂：汽车长时间在北方寒冷空气下行驶时，可能因为低温发生脆性断裂。

（3）疲劳断裂：由于汽车板簧长期在交变载荷下工作，则容易发生疲劳断裂。当长时间在恶劣的环境下行驶时，可能因金属发生腐蚀而出现腐蚀疲劳断裂。

5.如何设计实验确定失效的类型及其机理？

可通过对汽车板簧的化学成分分析，对断口处的显微组织分析等试验方法，分析疲劳断裂件中疲劳裂纹的萌生，疲劳裂纹的扩展，以及最后断裂。

具体的分析实验步骤为：

（1）化学成分

失效的汽车板簧用65Mn弹簧钢制备而成，在失效板簧本体上取样做化学成分分析，观察测试结果是否符合国家规定的65Mn弹簧钢标准。

（2）宏观分析

观察板簧的断口形貌，寻找疲劳源区，疲劳裂纹扩展区，以及瞬时断裂区。

板簧叶片表面（主要是受拉面）如有裂痕，缺口，凹坑等，会使叶片在受负荷时产生应力集中，引起早期疲劳破坏，所以板簧的疲劳断裂源往往在板簧的表面处。

在疲劳断口处如能观察到清晰可见的贝纹线，则此处为疲劳裂纹的扩展区，外观较为光滑，主要特征是围绕疲劳源存在一系列平行的同心弧线，即为疲劳线。而瞬间断裂区的外观较为粗糙，与静载断口形貌相似。

一般疲劳断裂的过程为：局部塑性变形—疲劳裂纹的形成—疲劳裂纹的扩展—瞬间断裂。疲劳裂纹的萌生和扩展过程是疲劳破坏的起始和重要的损伤阶段。金属所受的交变应力的最大值低于材料的屈服强度，在较低的应力下，材料的变形是局部的，非均匀的，变形严重的地方抗腐蚀能力低，颜色发暗。

微裂纹多在表面形成，主要原因为：一是因为板簧所受到的载荷使其发生弯曲变形，弯曲疲劳时表面变形最大；二是由于表面脱碳强度降低所导致。65Mn 弹簧钢保温时间较长时，很容易造成表面脱碳，位错与碳化物或夹杂物相互作用，使相界开裂，与基体剥离，形成微孔，微孔合并后形成裂纹源。

（3）微观分析

用扫描电子显微镜对断口作进一步观察，并对对失效件在断口裂源处纵向取样作显微分析，一般疲劳裂纹的扩展途径不是唯一的，可以沿晶扩展，也可以穿晶扩展。在交变应力的作用下，由于位错沿着滑移面往复运动而造成围观裂纹的萌生和扩展。断口是不均匀的，有许多相互连接而与主裂纹相交的小裂纹，在主

裂纹的侧面还有与主裂纹近似平行的小裂纹。在交变应力的作用下变形是不均匀的，也不是同时的，有先有后，在形成的裂纹扩展的同时又有新的裂纹萌生及扩展，先扩展的裂纹为主裂纹，周围新萌生的微裂纹可称为次生裂纹。

（4）硬度测试

对失效样件进行硬度测试，测试样件是否符合技术要求，一般失效件裂源区硬度偏高。

由实验的分析，可以推断提高汽车板簧的疲劳寿命的建议，一般可从以下几方面考虑：

（1）选择优良的原材料，材料中的夹杂物以及杂质越少越好。

（2）加热时应在保护气氛或在真空进行，避免表面脱碳。

（3）进行表面研磨，提高表面光洁度。

（4）进行表面强化硬化处理。

旋转油封失效分析

如何对旋转油封的失效性进行分析？（油封设计合理，无制造缺陷的前提下）1．优先建议客户不要对油封进行拆除更换：油封拆下后，装配关系难以确定；拆卸过程中可能造成损伤或变形，影响判断的结果。 2．明确失效产生的时机。 根据油封泄露时机的不同，油封失效漏油可分为短期泄露，中期泄露与长期泄露几种不同的情况。 短期泄露主要需确认以下几个方面：1.油封选择：选用油封装配关系是否符合使用要求的装配位置；有压力的情况下，油封是否满足要求的压力；油封旋转方向选择是否正确；选用的油封结构能否满足实际的转速要求；是否将常规油封应用与特殊的使用条件（我司前期生产发动机油封在工程机械条件下存在泄漏，常规条件下密封正常，试验无泄漏。分析为油封无法适应大震动及陡坡上润滑油直接淹没密封唇口）。2.装配过程：油封是否存在装配偏斜或装配失位（油封安装不到位或超出推荐的安装位置）的情况；油封装配过程中是否出现损伤，包括唇口划伤，弹簧脱落等；安装时导向不足导致翻唇（油面甚至挡簧臂直接与轴接触）；不合理的装配方式导致的油封变形。3.配合零部件：是否存在过大的轴孔偏心或轴向窜动；轴表面粗糙度是否过大或带有旋向的螺旋加工痕迹；轴表面缺陷；装配孔热胀系数过大导致的油封脱落；壳体缺陷导致静密封失效。 中期泄露需确认的因素：1.油封方面：橡胶材料与密封介质是否匹配（橡胶是否存在溶胀变形）；油封的耐温范围是否与要求的使用范围一致（橡胶是否存在高温老化甚至龟裂，材料耐低温性能否满足使用的温度环境）；装配力不足导致的油封位置移动；2.配合零部件：轴表面因硬度不足导致磨损严重；润滑油更换不及时导致的润滑油碳化；润滑油存在杂质导致唇口密封性能下降。3.特殊情况：长期干磨导致油封过度磨损；防尘失效导致的泥水、粉尘进入密封唇口。 长期泄露：1.油封方面：橡胶材料及弹簧长期使用老化，导致油封径向力不足；油封外径橡胶材料老化导致的油封松动甚至脱落。2.配合零部件：与中期泄露相同；3.防尘失效。 3．确定失效位置及漏油情况： 根据失效位置分为静密封漏油及动密封漏油。 静密封失效：1油封松动或脱落：孔尺寸过大；孔表面粗糙度过高；孔热涨系数过大导致温度升高后脱落。2.轴表面加工缺陷导致的油渗出。 动密封漏油： 根据漏油情况，可分为大量泄漏及渗漏。

案例一螺栓失效分析

案例一螺栓断裂失效分析 某螺栓生产厂家生产的螺栓在用户使用过程中发生断裂，为分析螺栓断裂原因，进行了化学成分测试、金相组织观察、螺栓断口观察、能谱测试以及硬度测试等，并对螺栓断裂做出了结论。 1、化学成分分析 螺栓成分分析采用成分分析仪，正常断裂、异常断裂螺栓成分见表1，从表中可以看出正常断裂螺栓与异常断裂螺栓成分都符合GB/T3077-1999《合金结构钢》中对45Mn2钢的要求。 表1 材料化学成分分析结果（质量分数，%） C Si Mn P S Cr Ni Fe 正常断裂螺栓0.421 0.250 1.498 0.011 0.001 0.078 0.021 余量 异常断裂螺栓0.425 0.269 1.534 0.011 <0.001 0.068 0.019 余量标准值0.42~0.49 0.17~0.37 1.4~1.8 2、金相组织分析 取平行于断裂截面的试样，打磨、抛光并观察其组织形貌。下图1(a)、1(b)所示为正常断裂螺栓与异常断裂螺栓的金相组织形貌，从图中可以看出螺栓金相组织均为回火马氏体。 (a)正常断裂螺栓；(b)异常断裂螺栓 图1 螺栓金相组织形貌 3、宏观断口形貌分析 正常断裂螺栓、异常断裂螺栓宏观断口形貌如图2(a)、2(b)所示。由图可知

两个螺栓均从中心起裂，裂纹向四周扩展。正常断裂螺栓与异常断裂螺栓断裂截面都具有裂纹源、扩展区、瞬断区三个部分，正常断裂螺栓扩展区面积比异常断裂螺栓大，瞬断区面积则比异常断裂螺栓小。这与异常断裂螺栓应力（165KN ）比正常断裂螺栓断裂应力(215KN)小相吻合。同时正常断裂螺栓断裂截面较为平整，异常断裂螺栓在裂纹源附近呈凹陷状。 (a)正常断裂螺栓； (b)异常断裂螺栓 图2 螺栓断裂截面 4、 微观断口形貌分析 图3所示为正常断裂螺栓与异常断裂螺栓断裂截面裂纹源附近的微观形貌，从图中可以看出正常断裂螺栓组织较为平整，而异常断裂螺栓中心附近可见含有夹杂物的微孔。图4所示为夹杂物所在位置，图5为夹杂物能谱分析图，表2为其对应的元素分析表，从表中可以看出夹杂物中主要元素为O 、Si ，并存在少量的Mg 、Al 、Ca 元素，其中O 元素的含量很大，故较杂物主要为SiO 2，存在少量的MgO 、Al 2O 3、CaO 。 裂纹源 扩展区 裂纹源 扩展区 瞬断区 瞬断区 a) b)

弹簧失效的原因分析

弹簧失效的原因分析 弹簧失效的原因分析 一、佛山弹簧分解弹簧永久变形及其影响因素 弹簧的永久变形是弹簧失效的主要原因之一 弹簧的永久变形，会使弹簧的变形或负荷超出公差范围，而影响机器设备的正常工作。 检查弹簧永久变形的方法 1.快速高温强压处理检查弹簧永久变形：是把弹簧压缩到一定高度或全部并紧，然后放在开水中或温箱保持10～60分钟，再拿出来卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 2.长时间的室温强压处理检查弹簧永久变形：是在室温下，将弹簧压缩或压并若干天，然后卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 二、弹簧断裂及其影响因素 弹簧的断裂破坏也是弹簧的主要失效形式之一 弹簧断裂形式可分为；疲劳断裂，环境破坏（氢脆或应力腐蚀断裂）及过载断裂。 弹簧的疲劳断裂： 弹簧的疲劳断裂原因：属于设计错误，材料缺陷，制造不当及工作环境恶劣等因素。 疲劳裂纹往往起源于弹簧的高应力区，如拉伸弹簧的钩环、压缩弹簧的内表面、压缩弹簧（两端面加工的压缩弹簧）的两端面。 受力状态对疲劳寿命的影响 （a）恒定载荷状态下工作的弹簧比恒定位移条件下工作的弹簧，其疲劳寿命短得多。 （b）受单向载荷的弹簧比受双向载荷的弹簧的疲劳寿命要长得多。 （c）载荷振幅较大的弹簧比载荷振幅较少的弹簧的疲劳寿命要短得多。 腐蚀疲劳和摩擦疲劳 腐蚀疲劳：在腐蚀条件下，弹簧材料的疲劳强度显著降低，弹簧的疲劳寿命也大大缩短。 摩擦疲劳：由于摩擦磨损产生细微的裂纹而导致破坏的现象叫摩擦疲劳。 弹簧过载断裂 弹簧的外加载荷超过弹簧危险截面所有承受的极限应力时，弹簧将发生断裂，这种断裂称为过载断裂。 过载断裂的形式 (a)强裂弯曲引起的断裂; (b)冲击载荷引起的断裂; (c)偏心载荷引起的断裂 佛山弹簧后处理的缺陷原因及防止措施 缺陷一：脱碳 对弹簧性能影响：疲劳寿命低 缺陷产生原因：1、空气炉加热淬火未保护气2、盐浴脱氧不彻底 防止措施：1、空气炉加热淬火应通保护气或滴有机溶液保护：盐浴炉加热时，盐浴应脱氧，杂质BAO质量分数小于0.2％。2、加强对原材料表面质量检查 缺陷二：淬火后硬度不足

汽车中的板簧的断裂失效分析

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超高强度螺栓断裂失效分析

超高强度螺栓断裂失效分析 摘要：螺栓作为重要的紧固件，其失效事故发生较多，造成的危害很大。其中，螺栓的氢脆断裂是较为常见的故障模式，由于氢脆大多与批次性问题有关，因此，危害性较大。螺纹连接是发动机各部件之间最常用的连接方式，大概占到发动机 连接的70%。螺栓的受力特点决定了它是发动机的薄弱零部件。因此，连杆螺栓 的失效分析与预防十分重要。本文分析超高强度螺栓断裂失效的相关内容。 关键词：超高强度螺栓；断裂失效；氢脆 超高强度螺栓是继铆接、焊接之后发展起来的一种钢结构连接型式。它具有 施工简单、可拆卸、承载大、耐疲劳、较安全等优点。因此, 高强度螺栓连接已 发展成为工程安装的主要手段。 1 实例分析 某型号高强度螺栓用于某轴承上，其强度要求很高。该型螺栓在生产检验合 格服役5 个月后，发现个别螺栓相继在螺纹处发生断裂。该型高强度螺栓为铰制 孔螺栓(螺纹长度95 mm)，材料为35CrMnSiA 钢，规格为M56，螺杆长度为 235mm，强度要求以GB/T3077-1999 为标准。其制造工艺为：毛坯电渣重熔→预 加工→超声波探伤→粗加工(单边留量3～5mm)→调质处理(950℃淬火，630℃回火)→半精加工→淬火热处理(淬火温度为900℃，310℃回火)→力学性能检验→精 加工→磁粉探伤(包括螺纹部分)→表面油漆防护→装配。目前，采用的无损检测手段无法检测出螺栓内部0.2mm 以下的微裂纹。通过金相检验、氢含量检验和断口电镜扫描分析等相关的手段对断裂的螺栓及未断裂的随机抽取样品进行相应的检 验和断裂原因分析。 2 实验方法与结果 2.1 实验对象。实验对象为该型螺栓2 枚，其中包括断裂的铰制孔螺栓，以 及对应同型号未断螺栓1 枚。 2.2 外观检验。用肉眼观察，铰制孔螺栓断于第一节螺纹处断口均很平齐，无 塑性变形，断面与轴线垂直，为一次性脆性断口。且在断口附近有明显的腐蚀痕迹。 2.3 化学成分分析。分别对所取2 个螺栓试样进行化学成分检验分析，结果 表明，2 个螺栓化学成分含量均符合标准。 2.4 氢含量检测。分别对已断裂的铰制孔螺栓及未断裂铰制孔螺栓的光杆边缘处、R/2 处及芯部进行氢含量检测，其中已断裂和未断裂的螺栓光杆边缘处及芯 部检测结果基本一致，R/2 处检测结果出入比较大，分别为2.0×10-6 和0.6×10-6。 2.5 断口分析。将断裂的铰制孔螺栓断口清洗后置于扫描电镜下观察，断口 的形貌大部分均为沿晶和少量的韧窝。见图1。 2.6 金相检验及硬度检测。断裂的螺栓中均有氮化物夹杂，未断裂螺栓的齿面与齿根未 见微观裂纹，见图2。已断裂螺栓存在个别夹杂物超出标准规定尺寸，未断裂螺栓无此现象。已断裂螺栓的晶粒度级别为6~7，未断裂螺栓为5.5~6，显微组织显示齿面局部略有脱碳， 组织为回火马氏体，测得其硬度大于50 HRC，抗拉强度大于1750MPa，说明该材料的强度 级别很高，属于超高强度钢。 3 分析与讨论 上述实验结果表明：该型号螺栓无论在力学性能、化学成分以及晶粒度等方面均符合相 关标准。该螺栓组织为回火马氏体，回火马氏体对氢是极其敏感的。该螺栓的强度很高，因 此同样对氢脆的敏感性也很高。一般来说，发生氢致延迟断裂需要同时具备以下三个条件：

浅谈骨架油封密封原理与早期失效的原因

浅谈骨架油封密封原理与早期失效的原因 摘要：本文针对变矩器骨架油封漏油故障，结合骨架油封的密封原理及试验过程，提出引起油封早期失效的原因，并对其装配过程进行分析，提出预防改进措施，为解决油封早期漏油提供参考。 关键词：骨架油封，密封，早期失效

1、引言 骨架油封作为变矩器旋转密封的重要密封件，其漏油故障尤其是早期漏油失效对产品质量造成严重影响。本文从骨架油封密封原理着手，结合其装配和试验过程，对油封漏油问题进行研究，提出应对措施以提高油封使用寿命。 2、骨架油封密封原理 骨架油封一般由橡胶体、骨架和自紧弹簧组成，密封时，骨架油封以其唇部极窄的密封接触面（小于0.5mm）与旋转轴以一定的压力接触，并在液体润滑作用下实现密封。在径向力的作用下，轴上行成一个接触环带，并且形成一层极薄的油膜，这层油膜既能防止油液的泄漏，还能保证唇口的散热和润滑，是骨架油封密封效果和使用寿命的关键。 3、骨架油封漏油分析 3.1如图1，骨架油封安装在轴承盖上与耐磨 件相配合。根据统计数据分析早期漏油的原因，可 以按照油封的结构进行分析，主要由唇口部位和骨 架油封结合部位两方面。根据油封密封机理可知， 要避免油封唇口部位泄漏，首先要控制唇口油膜， 而骨架配合部位要控制好配合状况。 3.2唇口部位漏油分为以下几个原因： （1）油封唇口橡胶材料劣质，直接导致在早期发生泄漏。主要表现为随温升硬化甚至龟裂，储存运输中的润滑油使唇口发生溶胀软化，而唇口材料耐磨性能低下则会导致提前磨损。 （2）与唇口配合的耐磨套外圆质量的优劣直接影响油封的使用效果。例如，耐磨套表面太粗糙导致配合面形成粗大的波纹接触，随着变矩器内部油温升高和与密封唇配合轴的旋转，势必发生泄漏。另外如果耐磨套外圆直径超差同样会导致泄漏，如果直径偏小，径向力则变小，不能承受内压而发生泄漏。又或者直径偏大，径向力就变大，使唇口发生非正常滑动摩擦，致使早期失效而发生泄漏。另外，变矩器与油封配合轴的同轴度也对油封密封产生较大影响，如同轴度偏差较大，油封会出现偏磨现象，造成油封的早期磨损。 （3）骨架油封唇口与配合轴之间的接触润滑情况，也会对油封的早期失效产生重要影响。如果润滑油不能顺畅进入油封安装区域，就会使唇口在干燥状态下高速滑动，产生异常磨损。相反，如果回油不畅，将导致油封不能够承受大量的淤积润滑油，压力太大甚至超过了承压极限，进而发生崩溃漏油现象。 如油封唇口润滑条件较差，轴在高速旋转时会 造成唇口的干磨，短时高温引起唇口橡胶的烧伤， 进一步造成漏油故障。对该类早期磨损引起的漏油 故障，可在油封唇口内部发现橡胶磨损的磨粒。该 类磨损影响较大的为副唇，失去密封防尘作用，封 油唇产生不同程度的磨损，在短时间使用后，产生 油封的早期失效漏油故障。 图二油封干磨磨损 4）油封装配过程不当也会造成早期失效，如油封的压装、预紧力控制等。在油封

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

高强度螺栓断裂失效分析

高强度螺栓断裂失效分析 韩志良 (常州机电职业技术学院机械系，常州213012) 马红卫，丁燕君 (常柴股份有限公司理化室，常州213002) 摘要：针对装配现场发生的几起高强度螺栓断裂失效事故，采用金相分析、化学成分分析和力学性能测试等方法进行检测。分析结果认为螺栓失效的原因有:(1)螺纹成形时产生裂纹，螺栓因之而脆断；(2)杆部与头部交接处表面脱碳、使局部强度降低而断裂；(3)装配时扭矩过大，螺栓明显缩颈而断裂；(4)原材料中心存在裂纹。 关键词：螺栓；裂纹；扭转；脱碳 高强度螺栓是发动机紧固件中最重要的零件之一，如连杆螺栓、缸盖螺栓、主轴承盖螺栓，要求强度等级为10.9级，有的甚至达12.9级。但在实际使用中，高强度螺栓(简称螺栓)断裂失效也时有发生。笔者就发生在装配过程中的四起高强度螺栓断裂失效逐一进行分析。 1 195连杆螺栓断裂失效分析 195连杆螺栓装配时断裂于螺纹处。从断口上看，断口平直，无缩颈，几乎没有裂纹萌生区，全部为最后瞬断区。零件供应商进行了失效分析，认为装配时连杆螺纹内夹入异物，阻碍了螺纹的拧紧，导致装配扭矩过大而断裂。 1.1 断口分析 由于断口表现出极大的脆性，如果是基于扭紧力矩过大而断裂，断口应表现出良好的塑性，因为拧紧时螺栓主要受扭转应力，而扭转试验的应力状态的柔性系数较大(大于拉伸试验)，材料易于塑性变形，而失效的螺栓并未表现出塑性。另外，断裂源也不在齿根部，而是有所偏离。 1.2 化学成分和显微组织分析 螺栓材料牌号为40Cr钢，强度等级10.9级，硬度要求32～38HRC，金相组织要求1～3级(JB/T8837-2000)。经检验，螺栓化学成分(质量分数)符合GB/T3077-1988之规定，见表1。显微组织为细的回火索氏体，按JB/T8837-2000评定为1级，其硬度值为34HRC和35HRC，硬度和显微组织均符合技术条件规定。经磁粉探伤未发现磁痕。 将螺栓从杆部与头部交接处纵向剖开，经金相制样、观察，结果在大部分螺纹的根部均有裂纹，即在断口附近和远离断口的螺纹处均存在裂纹，裂纹位置偏离“真正的”齿根部，裂纹的两侧无贫碳和脱碳，说明裂纹的形成与调质处理无关，见图1和图2。由于裂纹细小且位于螺纹根部，常规磁粉探伤未发现磁痕。

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。

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。

汽车常见故障排除以及解决方法

家用汽车故障排除方法 1.车辆的转向盘总是不正，一会向左，一会向右，飘忽不定：故障判定：真故障。原因分析：这是由于固定在转向机凹槽中的橡胶限位块已完全损坏导致。将新限位块装复后，故 障完全消失。 2.每次开启空调时，其出风口有非常难闻的气味，天气潮湿时更加严重：故障判定：维护类故障。原因分析：空调的制冷原理是通过制冷剂迅速蒸发吸热，使流经的空气温度迅速 下降。由于蒸发器的温度低，而空气温度高，空气中的水分子颗粒会在蒸发器上凝结成水珠，而空气中的灰尘或衣服.座椅上的小绒毛等物质，容易附着在冷凝器的表面，从而导致 发霉，细菌会大量繁殖。这样的空气被人体长期吸入会影响驾驶员及乘车人的身体健康， 所以空调系统要定期更换空调滤芯，清洁空气道。 3下小雨时风窗玻璃刮不干净：故障判定：维护类故障。原因分析：不雨下得很大时使用 刮水器感觉不错，可是当下小雨启动刮水器时，就会发现刮水器会在玻璃面上留下擦拭不 均的痕迹；有的时候会卡在玻璃上造成视线不良。这种情况表明刮水器片已硬化。刮水器 是借电动机的转动能量，靠连接棒转变成一来一往的运动，并将此作用力传达至刮水器臂。不刮水器的橡胶部分硬化时，刮水器便无法与玻璃面紧密贴合，或者刮水器片有了伤痕便 会造成擦拭上的不均匀，形成残留污垢。刮水器或刮水器胶片面的更换很简单。但在更换 时应注意，在车型及年份不同，刮水器的安装方法及长度不同。有的刮水器胶片的更换很 简单。但在更换时应注意，在车型及年份不同，刮水器的安装方法及长度不同。有的刮水 器只需要更换橡胶片，而有的刮水器需整体更换。 4车辆有噪声：故障判定：假故障。原因分析：无论是高档车.低档车.进口车.国产车.新车. 旧车都存在不同程度的噪声问题。车内噪声主要来自发动机噪声.风噪.车身共振.悬架噪声 及胎声等五个方面。车辆行驶中，发动机高速运转，其噪声通过防火墙.底墙等传入车内； 汽车在颠簸路面行驶产生的车身共振，或高速行驶时开启的车窗不能产生共振都会成为噪声。由于车内空间狭窄，噪声不能有效地被吸收，互相撞击有时还会在车内产生共鸣现象。行驶中，汽车的悬架系统产生的噪声以及轮胎产生的噪声都会通过底盘传入车内。悬架方 式不同.轮胎的品牌不同.轮胎花纹不同.轮胎气压不同产生的噪声也有所区别；车身外形不 同及行驶速度不同，其产生的风噪大小也不同。在一般情况下，行驶速度越高，风噪越大。 5.运行中发动机温度突然过高：故障判定：真故障。原因分析：如果汽车在运行过程中， 冷却液温度表指示很快到达100℃的位置，或在冷车发动时，发动机冷却液温度迅速升高 至沸腾，在补足冷却液后转为正常，但发动机功率明显下降，说明发动机机械系统出现故障。导致这类故障的原因大多是：冷却系严重漏水；隔绝水套与气缸的气缸垫被冲坏；节 温器主阀门脱落；风扇传动带松脱或断裂；水泵轴与叶轮松脱；风扇离合器工作不良。 6.汽车加速时机油压力指示灯会点亮：故障判定：真.假故障并存。原因分析：机油灯点亮 有实与虚两种情况。所谓实，就是机油压力确实低，低到指示灯发出警告的程度，说明润 滑系统确有故障，必须予以排除。所谓虚，正像怀疑的那样，机油润滑系统没有故障，而

螺栓断裂失效原因分析

测试与分析 螺栓断裂失效原因分析 华南理工大学机电系(广州　510641)　高　岩　李　林　许麟康 【摘要】　合金结构钢(相当于我国35CrMo钢)制螺栓用于空调压缩机内连接气缸体与气缸盖,在生产线上用气动搬手装配时相当部分发生断裂。失效分析结果表明,机加工时螺纹根部及表面形成微裂纹,以及回火不足,硬度偏高,共同造成了螺栓失效。 关键词:低合金钢　螺栓　微裂纹 F ailure Analysis on the Fracture of Bolts G ao Yan,Li Lin,Xu Linkang (Department of Mechano2Electronic Engineering,S outh China University of Technology,Guangzhou510641)【Abstract】　A batch of bolts with size of M4×1135used to connect cylinder body and cover of air conditioner com pressor were made of imported low alloy steel close to35CrMo in com position1However,a great proportion of the bolts fractured when being assembled us2 ing pneumatic spanner1After failure analysis,it was found that the main reason for the ru pture of bolts was the micro2cracks induced by machining.At the same time,non2enough tempering which resulted in the brittleness of the material also accounted for the fracture1 K ey w ords:low alloy steel,bolt,micro2crack 某标准件公司一批螺栓,规格为M4×1135,材料为合金结构钢,相当于我国的35CrMo钢,冷墩头部,搓制螺纹,热处理工艺为淬火+回火,并进行发兰处理,规定σb>1000MPa, (32～38)HRC。螺栓用于空调压缩机内连接气缸体与气缸盖,但在生产线上用气动搬手装配时相当部分螺栓在与螺栓交截的第二、第三螺纹牙根处发生断裂。我们对该批螺栓的断裂原因进行了分析。 1　金相观察及硬度分析 在一批断裂螺栓中随机选取2个断裂螺栓头,将其沿轴向剖开,制备轴向剖面的金相试样,抛光状态(未侵蚀)下可见在螺纹尖端和根部有明显裂纹存在(图略);这些微裂纹由于高度的应力集中,在外力作用下极容易发生失稳扩展,从而导致螺栓断裂。 将上述抛光态试样用3%硝酸酒精溶液侵蚀后在显微镜下观察,发现其组织形态都很相似,为保持原马氏体位向的回火索氏体,见图1所示。35CrMo钢用作螺栓时,应有较好的综合力学性能,其组织应以调质状态为佳,即淬火+回火后得到回火索氏体。而本例中螺栓组织状态虽是回火索氏体,但原马氏体位向十分明显,显然会使材料的塑性和韧性受损,脆性增加,材料硬度也会增加。沿螺牙顶端到根部依次打硬度,所得结果见表1,可见硬度范围为(37～41)HRC,偏高于螺栓规定的硬度范围。螺栓硬度偏高的原因主要是回火不足或不充分造成的。 2　扫描电镜观察分析 为弄清螺栓断裂的机理,按断口形貌特征选取了9个样品,将其用物理方法清洗干净后置于扫描电镜下进行观察,发现断口有3种类型:第1类是断口边缘只有一个剪切唇(1号样品),第2类是断口边缘有2个剪切唇(2号样品),第3 高岩:女,35岁,工学硕士,讲师,曾以访问学者身份在葡萄牙焊接质量研究所(ISQ)工作,兼任中国机械工程学会失效分析分会失效分析工程师。主要从事高温合金,金属材料的腐蚀与防护,失效分析及工业设备寿命评估等方面的工作。已在国内外学术刊物上发表论文10余篇。收稿日期:1997年8月19 日。 图1　螺栓基体组织　×500 表1　螺栓的硬度HRC 选点12345 试样14137393937 试样24039.5413937 类是断口边缘有3个剪切唇(3号样品),且以第3类断口数量居多。图2是2号样品的宏观断口形貌。这些断口边缘除剪切唇处或凸起或凹进以外,其余边缘处都较平滑,这与一般断裂由心部起源,最后断裂边缘处为杯口状剪切唇的断口形貌特征显然不同,而且,从断口的放射辉纹的走向看,断裂的起源都在断口的边缘即螺纹的根部上,而不是在螺栓的心部。对3类断口分别在扫描电镜下进行了详细的观察,图3a～3d 为2号样品的微观形貌。a是始断区,从右侧的螺纹面上可见明显发兰处理后的表面氧化膜,在螺纹面与断口的交界处(即螺纹根部)可见二次裂纹和摩擦痕存在;将a放大至b,可见摩擦痕底下是氧化物,而摩擦痕明显位于断口一侧,由此可以推断:此摩擦痕处在断裂前就已经有裂纹存在,裂纹为搓制螺纹时所产生,在随后的发兰处理过程中此裂纹内部也进行了发兰处理,形成了氧化膜,其形态与螺旋表面的发兰膜相 43《金属热处理》1998年第2期