汽車轉(zhuǎn)向拉桿調(diào)整管斷裂失效分析

0 引言

轉(zhuǎn)向拉桿是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重要的零部件，它的工作狀態(tài)直接影響車輛操縱的穩(wěn)定性以及行駛的安全性。45號鋼的汽車轉(zhuǎn)向縱拉桿前段調(diào)整管在爬坡轉(zhuǎn)向過程中發(fā)生了斷裂。斷裂位置在調(diào)整桿的螺紋處發(fā)生，斷口較為平齊，與拉桿軸向垂直，如圖1所示。為了防止此類事故再次發(fā)生，對斷裂的拉桿調(diào)整管斷口進行了失效分析。

轉(zhuǎn)向縱拉桿前段調(diào)整管材料為45號鋼材質(zhì)GB/T8162—2018的無縫鋼管，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中查得，鋼管為正火態(tài)供貨，直接加工使用未作熱處理，工件結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。制造工藝為：原材料下料—機械加工—表面處理—裝配成品。

1 實驗與分析

1.1 斷口分析

使用干燥氣流和纖維軟刷對斷口進行清理，清理后斷口表面的宏觀形貌如圖3所示，從圖中可以看出：斷口存在早期缺陷，缺陷處存在氧化色及疲勞條帶，通過疲勞條帶方向可推斷缺陷起源于調(diào)整桿外螺紋根部

，向鋼管心部擴展，早期缺陷寬度僅2.3mm，擴展區(qū)范圍較小，且沒有瞬時斷裂區(qū)，因此，早期缺陷僅造成調(diào)整管強度較低，并未直接引起斷裂。還有兩處灰黑色圓弧狀的脆性斷裂區(qū)(圖3中，脆性斷裂區(qū)1、脆性斷裂區(qū)2)，無宏觀塑性變形，斷口粗糙，一側(cè)與早期缺陷通過淺灰色斷裂區(qū)(圖3中，韌性斷裂區(qū)1)貫通。另一側(cè)銀灰色斷口(圖3中，韌性斷裂區(qū)2)可見撕裂形貌，通過撕裂紋路方向可推斷，由深灰色脆性斷裂區(qū)起裂。

除了印刷技術(shù)方面，在環(huán)保方面，利豐雅高也響應(yīng)國家號召，積極進行環(huán)保生產(chǎn)。公司在空氣治理方面投入400萬安裝了VOCs末端催化燃燒裝置；積極做好源頭控制，禁用含酒精的異丙醇洗車水；嚴(yán)格進行過程管控，比如將擦拭布放在密封箱里等。末端治理方面，利豐雅高安裝了廢水凈化裝置，保證排出的是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的廢水。對于廢固，其按照規(guī)定碼放、建立臺賬、交由資質(zhì)公司處置?？梢哉f，利豐雅高在環(huán)保的路上真正做到了源頭控制、過程管控、末端治理。

使用蔡司EVO 18掃描電鏡和牛津 X-Max 20X射線能譜儀對斷口進行微觀觀察與分析，對脆性斷裂區(qū)1、脆性斷裂區(qū)2進行放大，可見在兩斷裂區(qū)內(nèi)均存在密集的夾雜物，如圖4(a)和(b)。對鋼管內(nèi)壁進行觀察，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁內(nèi)同樣存在較多夾雜物，如圖4(c)。對夾雜物進行500倍放大其形貌如圖4(d)和(e)所示，可見夾雜物與周圍組織存在較大空隙，夾雜物附近組織存在解離和韌窩混合斷裂形貌?？赏茢鄪A雜物與原始組織結(jié)合力不均勻，存在應(yīng)力集中。早期缺陷在集中應(yīng)力的作用下，首先在夾雜物與基體之間產(chǎn)生或夾雜物本身萌生，導(dǎo)致早期微裂紋形成，加速了鋼的脆性破壞過程

。脆性斷口表面未產(chǎn)生明顯氧化，可見并未產(chǎn)生早期缺陷開放性缺陷。

在失效調(diào)整管的圓管部分取15mm×8mm的條狀試樣制成金相試樣，浸蝕劑采用4%的硝酸酒精溶液，使用光學(xué)顯微鏡觀察失效材料組織。如圖7(a)和所示，斷裂材料組織為鐵素體和珠光體，材料為符合正火態(tài)未作調(diào)質(zhì)處理，如圖7(b)所示為放大500倍的金相組織，可見白色網(wǎng)狀的鐵素體和珠光體，組織大小不均，組織中未發(fā)現(xiàn)符合GB1979—2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評級圖》中夾雜物、疏松等缺陷，由此可見非金屬夾雜物的在圓管段并未有分布。

通過對斷裂調(diào)整桿進行實驗及分析，結(jié)果表明，調(diào)整桿的化學(xué)成分、力學(xué)性能均符合相關(guān)材料規(guī)定，雖然材料整體硬度略高，金相組織不夠優(yōu)良，還不足以引起斷裂。調(diào)整桿斷面存在早期疲勞缺陷，但疲勞斷面形貌擴展區(qū)范圍較小，并未引起最終斷裂，僅減小工件的承載面積，同時也說明調(diào)整桿設(shè)計疲勞強度不足。通過顯微觀察材料中密集分布著不變形鋁硅酸鹽脆型夾雜物，夾雜物與原始組織存在間隙，導(dǎo)致調(diào)整桿承載力進一步降低，脆性斷裂區(qū)間在扭轉(zhuǎn)力的作用下，瞬間產(chǎn)生脆性斷裂向兩側(cè)擴展，與初始缺陷貫通，并最終撕裂，是失效斷裂的源區(qū)。

（5）臨時通告必須從通告上剪下粘貼歸檔，分類和刪除無效的通告。（中、英版臨時通告 年度摘要上的無效通告要做刪除標(biāo)記，或建立一個有效臨時航海通告索引）

在裂紋源1和裂紋源2斷口上觀察到密集分布的不變形鋁硅酸鹽(莫來石)3Al

O

·2SiO

為脆性夾雜物，硬度1500HV。由于脆性夾雜物的線膨脹系數(shù)較鋼材小

，當(dāng)冷卻時，金屬收縮量大，夾雜物的與鋼基體間產(chǎn)生間隙，破壞了金屬的連續(xù)性

，在密集分布的脆性夾雜物周圍便產(chǎn)生張應(yīng)力

，夾雜物越大、越多形成的張應(yīng)力愈大，產(chǎn)生的危害也愈嚴(yán)重。

1.2 化學(xué)成分分析

斷裂轉(zhuǎn)向拉桿調(diào)整管使用的原材料是GB/T8162—2018中45號鋼結(jié)構(gòu)用無縫鋼管，由于失效調(diào)整管已無法制取拉伸試驗，試驗選取了與轉(zhuǎn)向拉桿調(diào)整管同批次入庫的45號結(jié)構(gòu)用無縫鋼管制取拉伸試樣，實驗結(jié)果見表4。其檢測數(shù)據(jù)符合GB/T8162—2018中45號鋼力學(xué)性能規(guī)定。

1.3 力學(xué)性能分析

使用移動式直讀光譜儀對清潔處理后的拉桿殘骸的化學(xué)成分進行檢測，化學(xué)成分檢測結(jié)果與45號鋼的化學(xué)成分參數(shù)對比如表3所示。通過對比可以看出斷裂拉桿中各元素的含量均在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，僅碳元素含量接近極限值，碳元素的含量增加，會導(dǎo)致材料的強度和硬度提高，同時會對塑性、韌性和材料焊接性能造成不良影響，本文研究的斷裂拉桿均為折彎冷成型，不存在焊接成型，所以可以忽略碳元素過高對拉桿斷裂的影響

。

1.4 硬度分析

據(jù)GB699其硬度范圍為不大于HB229(大約為20.3HRC,對應(yīng)抗拉強度約770MPa)，使用洛氏硬度儀在金相試樣上每隔5mm取樣檢測硬度，結(jié)果如表5所示，硬度略高于標(biāo)準(zhǔn)值，與實驗抗拉強度結(jié)果相符。

1.5 金相分析

大型水庫多被群山環(huán)繞，大多地段山體陡峭，植被良好，少有人生產(chǎn)活動跡象，水庫管理單位對庫區(qū)大部分土地并未進行確權(quán)劃界，也未采取隔離措施。但近年，人類活動范圍不斷外延，加之水庫管理單位對庫區(qū)土地管理不到位，目前土地權(quán)屬爭議較大。水庫確權(quán)劃界難度較大，主要存在以下問題：

2 結(jié)論

對裂紋源1處的夾雜物進行能譜分析，如圖5所示，測出夾雜物中各元素的含量如表1所示，通過夾雜物元素定量分析初步判定在裂紋源1上觀察到的夾雜物主要為3Al

O

·2SiO

復(fù)合夾雜物，在斷面中分布無規(guī)律。

如圖6所示，對裂紋源2處的的夾雜物進行能譜分析，通過能譜分析可以測出夾雜物中各元素的含量如表2所示，通過夾雜物中元素定量分析初步判定在裂紋源2上觀察到的夾雜物主要為Na

O·MgO·SiO

·CaO復(fù)合夾雜物，在斷面中分布無規(guī)律。

針對以上情況，建議采取以下改進措施：

按Trizol說明書提取各組細胞的總RNA，進行RT-PCR逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)得到cDNA。然后實時熒光定量PCR反應(yīng)擴增，記錄循環(huán)數(shù)值（Ct），結(jié)果表示成2（—△△Ct），以對照組為 1。引物序列見表 1。

(1)增加調(diào)質(zhì)處理工序: 通過調(diào)質(zhì)處理將基體組織處理為索氏體或托氏體，提高組織強度、均勻度和疲勞極限；

(2)重新進行受力核算，優(yōu)化轉(zhuǎn)向拉桿結(jié)構(gòu)，提高調(diào)整桿安全系數(shù)。

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