氣門(mén)嘴早期失效分析及改進(jìn)

胡曉峰，泮戰(zhàn)俠，白培謙，齊延生

（陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200）

氣門(mén)嘴早期失效分析及改進(jìn)

胡曉峰，泮戰(zhàn)俠，白培謙，齊延生

（陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200）

通過(guò)對(duì)氣門(mén)嘴宏觀檢查、化學(xué)成分分析、微觀檢查i、氨熏試驗(yàn)等結(jié)果分析，確定了其開(kāi)裂原因是氣門(mén)嘴折彎部位內(nèi)應(yīng)力較大，在敏感應(yīng)力腐蝕環(huán)境作用下，產(chǎn)生點(diǎn)蝕裂紋并擴(kuò)展，導(dǎo)致發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，為質(zhì)量控制提升提供了思路和方法。

氣門(mén)嘴；早期失效；應(yīng)力腐蝕

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-104-02

引言

某重型卡車投入市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，發(fā)生批量性漏氣現(xiàn)象，經(jīng)檢查輪胎內(nèi)胎氣門(mén)嘴嘴體根部折彎部位存在裂紋，為漏氣源，見(jiàn)圖1。此事件發(fā)生在同一運(yùn)營(yíng)車隊(duì)，車輛運(yùn)營(yíng)服役環(huán)境較惡劣，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試輪胎氣壓低于要求值，為了查明該批氣門(mén)嘴開(kāi)裂原因，筆者對(duì)斷裂失效件進(jìn)行了檢查和分析。

1 檢查與結(jié)果

1.1 宏觀檢查

將失效件自開(kāi)裂處打開(kāi)斷口，觀察斷口宏觀形貌，左側(cè)未標(biāo)識(shí)部位為扭斷斷口，斷面標(biāo)識(shí)位置為舊斷口，裂紋源于氣門(mén)嘴折彎處內(nèi)側(cè)，斷面平坦，垂直于主應(yīng)力方向，表面氧化膜薄且致密，見(jiàn)圖2。

圖1 開(kāi)裂部位外觀形貌

圖2 斷口宏觀形貌

1.2 化學(xué)成分檢查

對(duì)開(kāi)裂氣門(mén)嘴取樣進(jìn)行化學(xué)成分檢查，檢測(cè)結(jié)果（見(jiàn)表1）表明該銅管化學(xué)成分符合GB/T5231-2001《加工銅及銅合金化學(xué)成分和產(chǎn)品形狀》中關(guān)于HPb63-0.1黃銅相關(guān)技術(shù)要求。

1.3 硬度檢查

對(duì)開(kāi)裂氣門(mén)嘴取樣進(jìn)行硬度檢查，氣門(mén)嘴開(kāi)裂部位附近縱截面硬度平均為148HV，橫截面硬度平均為98HV；氣門(mén)嘴基體（遠(yuǎn)離折彎部位）縱截面硬度平均為133HV，橫截面硬度平均為98.0HV。檢測(cè)結(jié)果表明氣門(mén)嘴開(kāi)裂部位硬度升高。

表1 黃銅管化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

1.4 斷口微觀檢查

圖3 裂紋部位縱截面組織 50×

圖4 裂紋部位附近縱 截面組織 200X

圖5 沿晶斷裂形貌

圖6 新生裂紋形貌（4h氨薰試驗(yàn)）50X

氣門(mén)嘴開(kāi)裂部位附近縱截面顯微組織為α+β相，裂紋附近存在伴生裂紋，裂紋從表面向內(nèi)部深入，見(jiàn)圖3、圖4。將斷口清洗后在掃描電鏡下觀察其斷口微觀形貌，先期開(kāi)裂部位，裂紋斷口處呈現(xiàn)出沿晶斷裂特征，斷口上可見(jiàn)晶界拔開(kāi)弱化現(xiàn)象，晶界面上存在腐蝕溝槽，棱邊不大平直，斷口形貌表現(xiàn)出應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的特征，見(jiàn)圖5。

1.5 氨熏試驗(yàn)

采用氨薰試驗(yàn)法對(duì)送檢的失效件，根據(jù)GB/T10567.2-2007相關(guān)試驗(yàn)要求進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)。4小時(shí)試驗(yàn)結(jié)束后從干燥器中取出試樣，將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物充分清除后，可見(jiàn)橫向新生裂紋，在掃描電鏡下觀察，裂紋寬度越來(lái)越小具有逐步延伸擴(kuò)展的趨勢(shì)，表明失效件存在殘余應(yīng)力，見(jiàn)圖6。

1.6 對(duì)比驗(yàn)證

庫(kù)房抽取10根與失效氣門(mén)嘴同批次產(chǎn)品，分成兩組，一組（5件）為涂有銅材護(hù)膜液的氣門(mén)嘴，另一組（5件）為未涂銅材護(hù)膜液的氣門(mén)嘴進(jìn)行氨熏對(duì)比試驗(yàn)。

將氣門(mén)嘴銅管放入氨熏試驗(yàn)裝置4h后，兩組氣門(mén)嘴銅管外觀形貌發(fā)生了明顯變化。表面經(jīng)過(guò)防護(hù)處理的氣門(mén)嘴銅管折彎處基本無(wú)變化，銅管表面基本保持著原有的光澤性；表面未經(jīng)防護(hù)處理的氣門(mén)嘴銅管折彎處出現(xiàn)裂紋及腐蝕坑，其腐蝕開(kāi)裂程度較試驗(yàn)失效件輕，銅管表面失去了原有的光澤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明，一方面氣門(mén)嘴銅管折彎處存在殘余應(yīng)力，使用銅材護(hù)膜液可有效隔離腐蝕介質(zhì)；另一方面從未安裝使用的庫(kù)存件腐蝕程度略小于使用后來(lái)看，殘余應(yīng)力的主要來(lái)源為加工過(guò)程中，其次為來(lái)源于安裝使用過(guò)程。

2 分析討論

通過(guò)對(duì)車輛的實(shí)際服役環(huán)境和理化檢測(cè)結(jié)果的綜合分析，引起氣門(mén)嘴開(kāi)裂的主要原因是：氣門(mén)嘴折彎部位內(nèi)應(yīng)力較大，在敏感應(yīng)力腐蝕環(huán)境下（HN3蒸汽，溶液，胺類，潮濕的SO2氣氛，Cu(NO2)溶液），產(chǎn)生點(diǎn)蝕裂紋并擴(kuò)展，導(dǎo)致發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。內(nèi)應(yīng)力的來(lái)源一方面是氣門(mén)嘴折彎后殘存于工件內(nèi)部的應(yīng)力，另一方面是輪胎氣壓低，車輛在高速重載下造成內(nèi)胎移位，致使氣門(mén)嘴折彎部位局部受力而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

3 改進(jìn)措施

綜上所述，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂需要拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共存，并經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，發(fā)生裂紋并擴(kuò)展，因此避免此類事件再次發(fā)生的解決方案是消除應(yīng)力或?qū)?yīng)力與腐蝕環(huán)境隔離，鑒于此提出以下改進(jìn)措施：

（1）對(duì)氣門(mén)嘴加工過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，可通過(guò)去應(yīng)力退火的方式消除；

（2）用戶使用過(guò)程中要定期保養(yǎng)輪胎，避免因車輛長(zhǎng)期處于低壓狀態(tài)下內(nèi)胎移位，造成氣門(mén)嘴局部產(chǎn)生較大拉應(yīng)力；

（3）使用銅材護(hù)膜液或防銹清漆，對(duì)氣門(mén)嘴表面進(jìn)行防護(hù)處理，達(dá)到腐蝕介質(zhì)與氣門(mén)嘴外表面隔絕，防止銅管腐蝕開(kāi)裂。

[1] 張棟,鐘培道,陶春虎.等.失效分析[M].國(guó)防工業(yè)出版社,2008.

[2] 李炯輝,林德成.陸慧.等.金屬材料金相圖譜.[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[3] 陳秀琴.化學(xué)成分及退火工藝對(duì)H62黃銅組織與性能的影響[J].熱加工工藝,2007,36（16）：58-60.

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[6] 鐘群鵬,趙子華.斷口學(xué)[M].高等教育出版社,2006.

The Early Failure Analysis and the Improvement of the valve cock

Hu Xiaofeng, Pan Zhanxia, Bai Peiqian, Qi Yansheng
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd. Quality Management Department, Shaanxi Xi’an 710200 )

The paper showed that stress corrosion is the reason of valve cock cracking by the macroscopic examination, the chemical analysis, the microscopic examination and the ammonia fumigation test. The pitting crack is generated for the greater inner pressureof the bending part of valve cock, which is under the stress corrosion sensitivity environment. The pitting crack is extended, which causes the valve cock cracked. The improvement measures are put forward, which provide the method for quality control promotion.

Valve Cock; Early Failure; Stress Corrosion

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)19-104-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.035

胡曉峰，就職于陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部。