某車型下擺臂軸套斷裂失效分析

李衛(wèi)釗等

摘要：采用成分分析、斷口分析、金相分析等手段，對某轎車車型下擺臂軸套路試過程中的斷裂原因進行分析。結(jié)果表明，軸套外管表面存在細(xì)微裂紋，且軸套內(nèi)套與橡膠粘結(jié)面積不滿足產(chǎn)品要求，造成試驗過程中產(chǎn)生疲勞斷裂。

關(guān)鍵詞：軸套 裂紋 疲勞斷裂

某轎車右舵試驗車在做耐久試驗時，車速30km/h，比利時路況，當(dāng)車行駛到5000km里程時，底盤有異響聲，行駛至6800km時，下擺臂軸套外管發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車輛托底。

1 背景資料調(diào)查

下擺臂與軸套外管通過焊接連接，軸套由粘結(jié)在內(nèi)套上的橡膠組成，鑲在外管內(nèi)，通過螺栓軸緊固在下擺臂上。外管由35#無縫鋼管制造，由供應(yīng)商提供，其質(zhì)量應(yīng)滿足GB/T8162-87及GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)，軸套質(zhì)量應(yīng)滿足圖紙設(shè)計規(guī)定要求，其中內(nèi)套與橡膠粘結(jié)面積不

小于95%，壓脫力>10kN，產(chǎn)品和技術(shù)要求由分公司提供。

2 檢驗過程及結(jié)果

2.2 斷口分析

2.2.1 宏觀斷口分析

從宏觀斷口（見圖1）可看出，斷口邊緣有部分?jǐn)D壓痕跡，屬拆卸時造成，斷口一側(cè)凹凸不平，尺寸略有減薄，顏色暗黑，是裂紋起始區(qū)域；圖2顯示斷口側(cè)面受到很大擠壓而發(fā)生塑性變形；從內(nèi)套表面來看，也存在與外管內(nèi)表面形狀一樣的擠壓痕跡，同時在其另一側(cè)可看到未與橡膠粘接的光亮金屬表面，整體目視粗略估計粘接面積為85%左右，粘接力也較小。

2.3 金相分析

取斷裂試塊的裂紋源區(qū)橫截面制成金相試樣在顯微鏡下觀察，源區(qū)附近可見微細(xì)裂紋（圖5），深度0.35毫米左右，試樣經(jīng)3%硝酸酒精侵蝕后可看出，裂紋及斷口附近無脫碳及組織變形，基體組織為珠光體+鐵素體，晶粒度8級。

2.4 分析與討論

從軸套質(zhì)量分析看，內(nèi)套與橡膠粘接面積達不到標(biāo)準(zhǔn)要求，而且未粘接部分剛好位于裂紋擴展附近。

下擺臂在做右舵試驗時，軸套外管各部位受力狀態(tài)是不一樣的，鋼管焊接部位及其對面部分受力較大，由于軸套內(nèi)的橡膠與內(nèi)套粘接面積不夠，特別是在受力較大部位或附近粘接不好，極易導(dǎo)致下擺臂在運動過程中，軸套內(nèi)的橡膠經(jīng)過反復(fù)擠壓和摩擦而脫落松動，脫落的橡膠在管內(nèi)聚集，造成原本受力大的部位，應(yīng)力更趨加大，鋼管內(nèi)表面的擠壓和內(nèi)套表面的擠壓就是由于橡膠脫落造成，隨著應(yīng)力的增大，鋼管表面產(chǎn)生微細(xì)裂紋，當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增大時裂紋擴展，鋼管發(fā)生斷裂。由于鋼管用35#鋼制造，具有一定韌性，所以斷口呈現(xiàn)撕裂的特性。

2.5 結(jié)論及建議

2.5.1 下擺臂軸套外管斷裂屬于疲勞斷裂。

2.5.2 引起軸套外管斷裂的主要原因是，鋼管表面存在微細(xì)裂紋及軸套不合格造成。

2.5.3 建議如下：

①進廠無縫鋼管要做探傷檢驗。

②提高軸套的加工質(zhì)量并嚴(yán)格檢驗。