電鍍鋅IF鋼摩托車(chē)油箱振動(dòng)試驗(yàn)開(kāi)裂分析及改進(jìn)

0 引言

摩托車(chē)油箱作為涉及安全、環(huán)保的特殊部件，批量應(yīng)用前要進(jìn)行安全性、可靠性和耐久性等試驗(yàn)，主要包含壓力測(cè)試、密封性檢測(cè)、環(huán)保與適配性、耐疲勞振動(dòng)試驗(yàn)等。摩托車(chē)油箱原材料主要有冷軋板、電鍍鋅、電鍍鋅鎳合金等，受環(huán)保、成本等方面綜合影響，單面電鍍鋅油箱專(zhuān)用鈍化產(chǎn)品成為中高端摩托車(chē)油箱的主要原料。電鍍鋅產(chǎn)品不僅滿(mǎn)足越來(lái)越高的環(huán)保要求，同時(shí)相對(duì)成本低、耐腐蝕性好、附著力強(qiáng)，未鍍面焊接性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，為進(jìn)一步提高耐汽油腐蝕性能，對(duì)鍍鋅面進(jìn)行特殊鈍化處理。單面電鍍鋅油箱專(zhuān)用鈍化IF鋼產(chǎn)品因具有優(yōu)異的深沖性能，可以滿(mǎn)足摩托車(chē)油箱各種復(fù)雜的變形要求而成為中高端摩托車(chē)油箱的主導(dǎo)產(chǎn)品。某摩托車(chē)油箱制造公司用單面電鍍鋅IF鋼產(chǎn)品替換低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)品制作油箱，在油箱應(yīng)用性能試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)開(kāi)裂問(wèn)題，不能滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)此問(wèn)題項(xiàng)目組進(jìn)行研究分析，找出導(dǎo)致振動(dòng)開(kāi)裂的根本原因，制定相應(yīng)改善措施滿(mǎn)足特殊應(yīng)用需求。

1振動(dòng)試驗(yàn)情況簡(jiǎn)介

成品單個(gè)油箱進(jìn)行模擬裝車(chē)疲勞試驗(yàn)，把成品油箱用螺絲固定在專(zhuān)用臺(tái)架上開(kāi)展振動(dòng)試驗(yàn)，具體試驗(yàn)要求和結(jié)果見(jiàn)表1，IF鋼產(chǎn)品1個(gè)循環(huán)后1#、2#安裝孔開(kāi)裂，試驗(yàn)失敗；低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)品4個(gè)循環(huán) +1h 才開(kāi)裂，振動(dòng)試驗(yàn) 0K ，產(chǎn)品開(kāi)裂照片見(jiàn)圖1。

2缺陷檢驗(yàn)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供樣件，采用光學(xué)顯微鏡、SEM、EDS、維氏硬度計(jì)對(duì)斷口位置、正常位置進(jìn)行組織、成分、硬度對(duì)比檢測(cè)分析。

表1振動(dòng)試驗(yàn)詳細(xì)情況

圖1產(chǎn)品開(kāi)裂照片

2.1 斷口裂紋分析

采用SEM對(duì)斷口位置微觀(guān)形貌觀(guān)察，典型照片見(jiàn)圖2，缺陷位置EDS成分分析見(jiàn)表2。試樣斷口表面銹蝕嚴(yán)重，未見(jiàn)明顯非金屬夾雜物，斷口微觀(guān)形貌未發(fā)現(xiàn)明顯脆性或韌性斷裂，未發(fā)現(xiàn)裂紋源，分析認(rèn)為高頻振動(dòng)和放置時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致裂紋源被磨平，同時(shí)根據(jù)EDS分析基本可以排除由于大顆粒夾雜導(dǎo)致開(kāi)裂。

表2缺陷位置EDS成分分析

圖2斷口微觀(guān)形貌與EDS分析

2.2斷口位置、正常位置金相組織對(duì)比分析采用光學(xué)顯微鏡對(duì)金相組織分析，結(jié)果見(jiàn)表3，組織照片見(jiàn)圖3。正常位置與斷口位置組織晶粒度均為9級(jí)，但是可以明顯發(fā)現(xiàn)斷口位置存在晶粒拉長(zhǎng)變形。

圖3斷口位置和正常位置金相組織

表3金相組織分析

2.3斷口位置、正常位置硬度對(duì)比分析

采用維氏硬度計(jì)對(duì)料片進(jìn)行硬度檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4，斷口位置硬度比正常位置高 28HV 左右。

表4料片硬度檢測(cè)結(jié)果

2.4IF鋼與低碳呂鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼性能對(duì)比

實(shí)物性能質(zhì)保書(shū)對(duì)比見(jiàn)表5，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼 屈服強(qiáng)度比IF鋼高約 20MPa ，IF鋼的延伸率 ?ⁿ 值、 r 值高于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，綜合看IF鋼的深沖性能 更優(yōu)異。

表5實(shí)物性能質(zhì)保書(shū)對(duì)比

2.5 檢測(cè)分析總結(jié)

根據(jù)上述分析，斷口位置由于放置時(shí)間和高頻振動(dòng)試驗(yàn)導(dǎo)致沒(méi)有明顯的裂紋源，同時(shí)根據(jù)EDS分析基本可以排除由于大顆粒夾雜導(dǎo)致開(kāi)裂。組織、硬度對(duì)比檢測(cè)結(jié)果安裝孔（斷口附近）組織存在明顯變形，硬度大幅提高，分析認(rèn)為斷口附近發(fā)生塑性變形導(dǎo)致微觀(guān)組織變形，塑性變形產(chǎn)生大量位錯(cuò)導(dǎo)致加工硬化使硬度大幅提升。

3斷裂原因分析與改進(jìn)

3.1潛在失效原因

摩托車(chē)油箱通過(guò)螺絲固定在車(chē)架上，振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際行駛中的振動(dòng)環(huán)境，測(cè)試連接部位的耐久性，振動(dòng)試驗(yàn)中出現(xiàn)安裝孔開(kāi)裂，對(duì)潛在主要原因進(jìn)行分析。

1）材料因素：材料中夾雜、氣孔缺陷，會(huì)降低抗疲勞性能；材料韌性不足，在高頻振動(dòng)下易發(fā)生疲勞開(kāi)裂。

2）螺絲孔設(shè)計(jì)因素：應(yīng)力集中，螺絲孔邊緣未設(shè)計(jì)足夠圓角或倒角，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中過(guò)高；連接剛度不匹配，油箱與車(chē)架的剛度差異大，振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生附加彎矩，加劇螺絲孔邊緣應(yīng)力。

3）制造工藝：加工缺陷，鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生毛刺、微裂紋，成為裂紋萌生起點(diǎn)。4）裝配因素：預(yù)緊力不當(dāng)，螺絲預(yù)緊力過(guò)高導(dǎo)致局部塑性變形，過(guò)低則引發(fā)微動(dòng)磨損。5）試驗(yàn)條件：共振放大效應(yīng)，試驗(yàn)頻率接近油箱固有頻率，導(dǎo)致振幅放大3-5倍。

3.2 原因分析

1）IF鋼產(chǎn)品和低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)品對(duì)比，由于其無(wú)間隙原子的特性、鋼質(zhì)純凈，均勻的 γ 織構(gòu)及細(xì)小均勻組織，使IF鋼的疲勞性能優(yōu)于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，根據(jù)取樣檢驗(yàn)分析，排除原材料夾雜、韌性不足等因素。

2）根據(jù)螺絲孔開(kāi)裂處為孔的邊緣位置，可以排除螺絲孔設(shè)計(jì)因素導(dǎo)致的應(yīng)力集中和制造工藝不當(dāng)導(dǎo)致毛刺、微裂紋。

3）綜合零件對(duì)比檢驗(yàn)分析及機(jī)理分析，認(rèn)為振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)油箱用螺絲固定在專(zhuān)用臺(tái)架上，固定螺絲預(yù)緊力過(guò)高導(dǎo)致安裝孔周?chē)植克苄宰冃危⒂^(guān)組織出現(xiàn)位錯(cuò)等缺陷，振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中導(dǎo)致疲勞開(kāi)裂。正常IF鋼產(chǎn)品屈服強(qiáng)度低于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，在同樣預(yù)緊力條件下，IF鋼產(chǎn)品抵抗振動(dòng)能力低于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)品。

3.3改進(jìn)措施及效果

根據(jù)分析導(dǎo)致振動(dòng)試驗(yàn)開(kāi)裂的主要原因是螺絲固定在專(zhuān)用臺(tái)架上預(yù)緊力過(guò)高，針對(duì)不同產(chǎn)品應(yīng)調(diào)整預(yù)緊力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，預(yù)緊力由原30N?m 調(diào)整為 25N?Ω_m ，振動(dòng)試驗(yàn)滿(mǎn)足要求。

4結(jié)論

摩托車(chē)油箱采用電鍍鋅IF鋼產(chǎn)品替代低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)螺孔開(kāi)裂問(wèn)題，分析確定由于油箱用螺絲固定在專(zhuān)用臺(tái)架上，固定螺絲預(yù)緊力過(guò)高導(dǎo)致安裝孔周?chē)植克苄宰冃危⒂^(guān)組織出現(xiàn)位錯(cuò)等缺陷，振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中導(dǎo)致疲勞開(kāi)裂，在后續(xù)試驗(yàn)中采取調(diào)整螺栓預(yù)緊力措施，振動(dòng)試驗(yàn)合格。

參考文獻(xiàn)

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