汽車座椅連接銷斷裂分析

■梅丹偉，任利珍，曹傳亮，盧柳林

汽車座椅是將乘員與車身聯(lián)系在一起的重要內(nèi)飾部件，它直接影響到整車的舒適性和安全性。在發(fā)生碰撞時，座椅作為安全部件在被動保護(hù)中起決定性作用的組成部分，它可以在事故發(fā)生時最大限度地減輕對駕駛員和乘員造成的傷害。

某款乘用車在對座椅進(jìn)行沖擊試驗時，其中一個連接銷發(fā)生斷裂。本文通過各種試驗方法對斷裂連接銷進(jìn)行綜合分析，以確定其斷裂失效原因。

1. 理化檢驗及結(jié)果

（1）斷裂特征觀察 斷裂連接銷宏觀形貌見圖1、圖2，斷面與連接銷軸向垂直、起伏不平，斷口凹陷部分灰暗、無金屬光澤，邊緣部分在沖擊試驗時受到破壞，軸向可見明顯塑性變形。

（2）化學(xué)成分分析 對斷裂連接銷取樣，采用直讀光譜儀對其進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見附表。

從附表檢測結(jié)果可以看出，斷裂連接銷化學(xué)成分符合要求。

（3）金相組織觀察 將斷裂連接銷徑向切開，經(jīng)過鑲嵌、磨拋、腐蝕后，用金相顯微鏡對其進(jìn)行組織觀察，斷裂連接銷表面和心部為均勻的回火索氏體組織，見圖3、圖4。

圖1 連接銷斷面

圖2 斷裂連接銷軸向變形

圖3 斷裂連接銷表面組織（500×）

圖4 斷裂連接銷心部組織（500×）

斷裂連接銷化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（4）斷口SEM觀察 采用掃描電鏡對斷裂連接銷斷面進(jìn)行觀察，其試樣邊緣未被破壞位置斷口形貌見圖5，表面較為光滑且有裂紋時沖擊試驗造成開裂的表面處理金屬層，該層以下是典型的拉伸韌窩斷口；靠近心部斷口形貌見圖6，同樣是拉伸韌窩斷口，屬于正常斷裂形式，未見明顯的夾雜物或空洞等材料缺陷的裂紋源。

2. 故障再現(xiàn)驗證

從圖1中可以看到，斷裂連接銷斷口在沖擊試驗時大部分遭到破壞，未找到裂紋起始位置及產(chǎn)生原因，重新取連接銷裝配與沖擊試驗相同工況進(jìn)行故障再現(xiàn)試驗。再現(xiàn)試驗后連接銷宏觀形貌見圖7，該連接銷發(fā)生較大的彎曲，但未斷裂。

對再現(xiàn)試驗連接銷凹槽處進(jìn)行掃描電鏡觀察時，發(fā)現(xiàn)有沿外緣面的裂紋（圖8），將其放大觀察，為典型的韌窩斷口，與斷裂連接銷斷口形貌一致，見圖9。將零件沿軸線切割，對凹槽處剖面觀察，圖樣要求凹槽處倒角R0.2mm，此處機(jī)械加工明顯不規(guī)范，見圖10。

3. 分析與討論

從故障再現(xiàn)中彎曲連接銷的檢測可以看出，雖然此連接銷沒有發(fā)生斷裂，但是在凹槽外緣圓周方向已產(chǎn)生了裂紋，從圖9中觀察到萌生的裂紋形貌與斷裂連接銷的斷口形貌一致，均為韌窩斷口。

在對凹槽軸向剖面觀察中看到尖銳的倒角，機(jī)械加工不當(dāng)導(dǎo)致此處應(yīng)力集中，裂紋由此倒角處萌生、并開始擴(kuò)展直至斷裂。有文獻(xiàn)研究了缺口角度對某低合金鋼沖擊性能的影響，表明缺口越尖銳，參與塑性變形的材料體積越小，得到的沖擊吸收能量越低。

綜合以上分析，斷裂和變形的連接銷失效原因是一致的，是局部未發(fā)生明顯塑性變形的延性斷裂。延性斷裂通常反映為過載斷裂，即零件所承受的真實力超過了危險截面處的強(qiáng)度所造成的斷裂。連接銷凹槽位置由于機(jī)械加工不當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)力集中，在外力作用下裂紋便在凹槽邊緣位置萌生、擴(kuò)展并最終斷裂，即設(shè)計強(qiáng)度不夠和局部應(yīng)力集中導(dǎo)致連接銷斷裂。

4. 結(jié)語

（1）斷裂連接銷斷口是典型的韌窩斷口，設(shè)計強(qiáng)度不夠和局部應(yīng)力集中是造成斷裂的主要原因。

（2）新品試驗零件的失效分析，應(yīng)首先從設(shè)計角度入手，零件合理的尺寸及形狀設(shè)計，合適的選材及熱處理方式，以及必要的力學(xué)性能試驗分析，可以有效遏制零件失效。

圖5 邊緣斷口形貌

圖6 心部斷口形貌

圖7 再現(xiàn)試驗連接銷宏觀形貌

圖8 凹槽處裂紋（300×）

圖9 凹槽處裂紋（400×）

圖10 凹槽軸向剖面