「技術分析」鋁合金車輪輪輻失效分析
來源: | 作者:chinacaw | 發布時間: 2020-03-12 | 329 次瀏覽 | 分享到:
隨著汽車輕量化的發展,鋁合金由于其具有良好的力學性能、耐腐蝕性能、成型性能、回收潛能等優點,在汽車輕量化用材上得到了廣泛的應用。在車輪上,鋁合金材料、鑄造以及加工的工藝過程和參數對車輪的質量起著決定性作用。因為承載需求,鋁合金車輪需要具有特殊的抗疲勞強度和韌性指標,因此必須采取各種措施來強化這些方面的性能。壓鑄鋁合金A356已成為制造車輪的首選材質。車輪輪輻斷裂失效的原因有很多,包括材料本身的缺陷、材料的異變、過盈配合、磨損、疲勞、外力沖擊等。在某鋁合金車輪上,輪輻在經過約3 萬km 的路面行駛耐久試驗后發生了斷裂。為了防止類似事件再次發生,文章對該輪輻斷口進行分析,確定了斷裂的性質,并對失效的原因進行了分析。

1 試驗材料及方法

失效件為鋁合金輪轂上的輪輻試樣,在進行路面綜合測試時發生斷裂。為分析輪輻斷裂的原因,采用肉眼和體式顯微鏡對輪輻斷口進行宏觀形貌觀察;采用掃描電子顯微鏡(SEM)對微觀形貌進行觀察;采用微束能譜(EDX)對微觀元素進行能譜分析;采用蔡司金相顯微鏡對金相組織進行分析;采用布氏硬度試驗機對硬度進行測試;采用電感耦合等離子體發射光譜(ICP)對化學成分進行分析。

2 試驗結果




2.1 宏觀形貌分析



對斷裂的輪輻進行宏觀形貌分析,斷裂位置及外觀,如圖1 所示。從圖1a 可以看出,斷裂起始于藍框所示處外弧側表面;在圖1b 中可以看出,斷裂沿箭頭所指方向擴展;從圖1c 可以看出,在試樣表面有明顯的涂漆防護層,在外弧面藍框所示的起裂區對應的帶狀起伏平面交界處,可觀察到一條寬約4 mm 的磨損帶;圖1d 示出金相制樣及觀察的宏觀區域。

圖1 鋁合金車輪輪輻斷口的宏觀形貌




2.2 微觀形貌分析及能譜成分分析



在掃描電鏡下觀察清洗后的實物斷口微觀形態,如圖2 所示,在圖2a 藍框所標記處顯示裂紋源存在一處深約0.5 mm、寬約1 mm 的原始缺陷,缺陷表面光滑。對缺陷部位取點進行能譜分析,如圖3 所示。由元素能譜成分分析發現:由缺陷內層到外層,氧的質量分數從21%變化至37%,說明斷口缺陷表面已經發生氧化。

圖2 鋁合金車輪輪輻斷口起裂區微觀形態

圖3 鋁合金車輪輪輻斷口起裂區能譜分析


對缺陷形態進行分析,擴展區形貌,如圖4 所示,斷口擴展區域為穿晶準解理形態,在部分區域可觀察到較清晰的疲勞條紋。
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