金屬斷口分析技術(shù)在汽車檢測中的應(yīng)用

孫 超

（1.棗莊職業(yè)學(xué)院，山東 棗莊 277800；2.棗莊技師學(xué)院，山東 棗莊 277800）

斷口是指試樣或是構(gòu)件在斷裂后形成的斷面，通過斷口分析可以掌握其斷裂過程中內(nèi)外部因素的作用效果，為斷裂機(jī)理的分析提供依據(jù)。

目前，斷口分析已經(jīng)成為金屬構(gòu)件失效分析過程中應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。在現(xiàn)代汽車檢測領(lǐng)域，許多金屬構(gòu)件的破損分析都可以使用到斷口分析技術(shù)，因此探究該技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用具有積極意義。

1 金屬斷口分析理論概述

1.1 金屬斷口分析的概念

金屬斷口分析是一項(xiàng)研究金屬斷裂面的學(xué)科，斷口是指金屬斷裂后形成的一堆相互匹配的斷裂表面及其外觀形貌。通常情況下，斷口多出現(xiàn)在金屬組織最薄弱的部位。金屬斷口的形態(tài)分析可以用于多方面問題的研究，如金屬斷裂原因、方式、機(jī)制、性質(zhì)等，進(jìn)而研究材料冶金因素和環(huán)境因素對(duì)斷裂過程的影響。除此之外，斷口分析還能夠?yàn)閿嗔蚜W(xué)研究提供資料支持。

金屬斷面記錄了材料在荷載和環(huán)境作用下斷裂前的不可逆變形以及裂紋萌生、擴(kuò)展直至斷裂的整個(gè)過程中，通過對(duì)端口特征的分析，可以幫助人們了解金屬構(gòu)件失效的主要原因，可見斷口分析在斷裂失效分析中占據(jù)著重要的地位。基于此，斷裂失效分析可以為斷裂的預(yù)防控制提供支撐。斷裂失效分析可以從裂紋、斷口宏觀、微觀特征其切入，分析斷裂過程與材料性能，外部受力以及環(huán)境條件等因素之間的關(guān)系，反映出斷裂失效的規(guī)律。斷口分析實(shí)現(xiàn)了金屬物理方法和斷裂力學(xué)方法的有效銜接。

1.2 斷裂的分類

斷裂分類方法有多種，在這里主要介紹其最常見的兩種，一是按照斷裂性質(zhì)進(jìn)行分類，二是按照斷面相對(duì)位移形式進(jìn)行分類。

其中基于斷裂性質(zhì)可以將斷裂分為塑性斷裂、脆性斷裂以及塑性-脆性混合型斷裂三種?；跀嗝嫦鄬?duì)位移形式可以將斷裂分為張開型斷裂、前后滑移型斷裂以及剪切型斷裂三種。

金屬斷口不同于裂紋，前者是金屬構(gòu)件在外部作用下分離為兩個(gè)互不相連的部分，斷裂處暴露出自然表面。而裂紋只則是金屬材料某些薄弱部位出現(xiàn)局部破裂而形成的一種不穩(wěn)定缺陷。

裂紋在金屬構(gòu)件中十分常見，引發(fā)原因也是多種多樣，如工藝不合格、使用不規(guī)范等。

1.3 金屬斷口分析的一般步驟

金屬斷口分析包含四個(gè)步驟，分別是斷口樣品制備保存、斷口宏觀觀察、斷口顯微觀察以及最后的分析判斷。

首先，在斷口樣品制備保存環(huán)節(jié)，應(yīng)從斷裂的構(gòu)件上選擇最具代表性的斷口樣品，適當(dāng)縮小檢查斷口的尺寸范圍，在取樣時(shí)要做到謹(jǐn)慎操作，避免對(duì)斷口造成損傷，且要保障斷口的干燥性。斷口取樣一般采用切割的方法，如火焰切割、砂輪片切割等，切口位置應(yīng)與斷口保持一定的距離，避免斷口的形貌以及微觀結(jié)構(gòu)遭到破壞。取樣完成后，應(yīng)立即放置到干燥器內(nèi)進(jìn)行清洗除塵，不同斷口采用的清洗方法和不同，如帶有油污的斷口，應(yīng)使用汽油清除油膩，之后浸泡在有機(jī)液中。

其次，進(jìn)行斷口宏觀觀察分析，可使用肉眼、放大鏡或是金相顯微鏡，主要需要貫徹?cái)嗫诘男蚊病嗫诤土慵螤畹年P(guān)系、斷口和變形方向的關(guān)系、斷口和受力狀態(tài)的關(guān)系，主要依據(jù)包括斷口顏色、花紋、邊緣情況、粗糙程度等，可用于判斷斷口的性質(zhì)。

再次，斷口微觀分析，主要是根據(jù)微觀形貌特征判斷斷裂的類型，從裂紋源處查明斷裂的原因。主要分析方法為光鏡分析法，將斷口直接放置到顯微鏡下進(jìn)行觀察。

最后，通過分析確定金屬構(gòu)件的失效類型以及失效原因。

2 金屬斷口分析技術(shù)在汽車檢測中實(shí)際應(yīng)用研究

2.1 汽車油箱拉帶斷裂現(xiàn)場勘查情況

本次出現(xiàn)油箱拉帶斷裂的是一輛載貨汽車，其油箱位于車輛右側(cè)中前部的車架位置，很并未設(shè)置托架以及防護(hù)網(wǎng)。油箱的直徑和長度分別為700mm和890mm，在現(xiàn)場勘查是發(fā)現(xiàn)，油箱的蓋子、延伸管以及傳感器均已經(jīng)掉落，并且在油箱的油口處發(fā)現(xiàn)了凹陷痕跡。

油箱的拉帶呈現(xiàn)弧狀，其厚度和寬度分別為1.35mm、和75mm，未發(fā)現(xiàn)變形情況，拉帶上部掛環(huán)的后耳出現(xiàn)斷裂?；谟拖淅瓗Ш圹E分析可知其安裝位置和油箱兩端距離為100mm和150mm。根據(jù)該載貨汽車長提供的斷裂油箱拉帶技術(shù)要求可知，油箱拉帶的材質(zhì)牌號(hào)為St12，來帶厚度應(yīng)為1.5mm。

2.2 油箱拉帶的檢驗(yàn)和觀察

根據(jù)油箱拉帶技術(shù)材料對(duì)其厚度和力學(xué)性能進(jìn)行了分析，同時(shí)還對(duì)其進(jìn)行了金相分析以及宏觀斷口形貌觀察分析。在貫徹分析過程中，工作人員將油箱拉帶的斷口分別制作了A、B兩個(gè)式樣，分別進(jìn)行金相分析和宏觀斷口形貌觀察分析。

其中金相分析主要是利用金相顯微鏡對(duì)斷口內(nèi)部組織和缺陷進(jìn)行研究，在試樣處理環(huán)節(jié)，要預(yù)先進(jìn)行磨制、拋光、腐蝕等一系列處理程序，之后在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察，根據(jù)觀察結(jié)果，其金相組織為鐵素體+球狀珠光，正常球化退火組織。在宏觀斷口形貌觀察分析中，則采用體式鏡對(duì)試樣進(jìn)行20倍和50倍放大，根據(jù)觀察結(jié)果來看，裂紋擴(kuò)展條紋、條紋收斂端位于鋼帶邊緣。

2.3 結(jié)果分析

從以上檢驗(yàn)觀察結(jié)果可知，油箱拉帶的力學(xué)性能符合技術(shù)規(guī)范的要求，但厚度未達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這是導(dǎo)致拉帶強(qiáng)度降低的主要原因。結(jié)合拉帶斷口的宏觀形貌來看，其斷裂起始于鋼帶的邊緣，之后隨著裂紋的逐漸拓展最終導(dǎo)致鋼帶斷裂。

由此推斷，載貨汽車在行駛的過程中，油箱拉帶在未鎖緊的情況下，受力集中于拉帶吊耳處，而該部位邊緣較為粗糙且存在微裂紋，加之拉帶的厚度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，強(qiáng)度不足，使得裂紋拓展發(fā)生斷裂。

3 結(jié)語

綜上所述，本文通過金屬斷口分析技術(shù)對(duì)載貨汽車油箱拉帶斷裂的原因進(jìn)行了分析，結(jié)合分析結(jié)果來年，導(dǎo)致拉帶斷裂的主要原因?yàn)槔瓗Ш穸任催_(dá)到技術(shù)要求，同時(shí)吊耳處邊緣部位存在微裂紋。