金屬斷口分析技術(shù)在汽車檢測中的應(yīng)用

張智

摘 要 某載貨汽車在實際使用過程中發(fā)生了油箱拉帶斷裂的現(xiàn)象，從而造成油箱脫落，導(dǎo)致嚴(yán)重的車毀人亡交通事故。利用金屬斷口分析技術(shù)對油箱拉帶的斷口進(jìn)行金相分析和宏觀斷口形貌分析，并結(jié)合油箱拉帶的制造技術(shù)要求，從而得出油箱拉帶斷裂的原因。油箱拉帶在制造過程中經(jīng)剪切而成，其吊耳處邊緣部位粗糙且存有微裂紋，再加上厚度達(dá)不到要求，強(qiáng)度明顯降低，不斷承受作用力使裂紋逐漸擴(kuò)展導(dǎo)致拉帶斷裂，油箱拉帶斷裂屬產(chǎn)品制造質(zhì)量缺陷所致。

關(guān)鍵詞 油箱拉帶；金屬斷口分析；金相分析；宏觀斷口

中圖分類號 U46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0000-00

1 斷口分析理論

試樣或構(gòu)件斷裂后形成的斷面稱為斷口。斷口上詳細(xì)記錄了斷裂過程中內(nèi)外因素的變化所留下的痕跡與特征，是分析斷裂過程和機(jī)理的重要依據(jù)[1]。因此斷口分析是失效分析中的一個極其重要的手段。

典型的疲勞破壞斷口有3個區(qū)域，按照斷裂的過程來分，依次是疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)[2]。其中疲勞源是疲勞破壞的起點。裂紋擴(kuò)展是疲勞源在力的作用下擴(kuò)張、長大的過程。由于疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使試樣或構(gòu)件的有效斷面逐漸減小，應(yīng)力不斷增加，導(dǎo)致瞬時斷裂，最后斷裂區(qū)也稱為瞬時斷裂區(qū)。

2 油箱拉帶斷裂原因分析

2.1 現(xiàn)場勘驗情況

1）發(fā)生油箱拉帶斷裂的載貨汽車停放于內(nèi)蒙古呼和浩特市某處大院內(nèi)。該載貨汽車柴油箱安裝于車輛右側(cè)中前部車架，無其他托架及防護(hù)網(wǎng)（見圖1）。

該油箱的直徑為700mm，長度為890mm。油箱蓋、延伸管、傳感器已掉落，油箱油口處有凹陷現(xiàn)象？（見圖2）。

2）油箱拉帶呈弧狀，無變形，油箱前后拉帶上部掛環(huán)后耳斷裂（見圖3）。油箱拉帶厚度（帶漆皮）1.35mm，寬度75mm。根據(jù)油箱拉帶的印痕，可以看出油箱拉帶安裝位置距油箱兩端距離分別為150mm和100mm。

2.2 油箱拉帶技術(shù)指標(biāo)

載貨汽車廠提供斷裂油箱拉帶的技術(shù)要求

1）A08M-23.1-2004《冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件第1部分：冷沖壓用鋼板及鋼帶》。

2）拉帶技術(shù)圖紙（δ1.5？St12）。

2.3 油箱拉帶檢驗情況

1）根據(jù)油箱拉帶技術(shù)圖紙（δ1.5？St12），油箱拉帶材質(zhì)牌號應(yīng)為St12，油箱拉帶厚度應(yīng)為1.5mm。

2）對貨車油箱拉帶進(jìn)行檢驗，檢驗情況如下：

（1）檢驗依據(jù)：油箱拉帶的技術(shù)要求A08M-23.1-2004《冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件第1部分：冷沖壓用鋼板及鋼帶》。

（2）檢驗項目：厚度、力學(xué)性能。

（3）檢驗結(jié)果。

2.4 金相分析及宏觀斷口形貌觀察分析

將油箱拉帶斷口分別制成A、B試樣（見圖4），進(jìn)行金相分析及宏觀斷口形貌觀察分析。

2.4.1 金相分析

金相分析是一種利用金相顯微鏡研究金屬和合金內(nèi)部組織及缺陷的重要方法[3]。將A、B試樣去掉邊緣變形部位，進(jìn)行磨制/拋光、腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察。觀察結(jié)果：金相組織為鐵素體+球狀珠光體，正常球化退火組織[4]（見圖5）。

2.4.2 宏觀斷口形貌觀察分析

通過體式鏡放大20倍和50倍，分別觀察A、B試樣斷口（見附件圖6～11）。A試樣代表的鋼帶斷裂時起源于鋼帶邊緣（見附件圖6、7、8）。從圖7中明顯觀察到裂紋擴(kuò)展條紋，條紋的收斂端位于鋼帶邊緣（見圖7箭頭所指位置）[5]。

2.5 分析說明

1）從檢驗結(jié)果來看，力學(xué)性能基本符合材質(zhì)牌號為St12的要求。但厚度不符合要求，油箱拉帶的強(qiáng)度明顯降低。

2）從宏觀斷口形貌來看，鋼帶斷裂時起源于鋼帶邊緣，裂紋逐漸擴(kuò)展導(dǎo)致鋼帶斷裂。

3）鋼帶經(jīng)剪切而成，邊緣部位粗糙且存有微裂紋。

4）貨車在行駛過程中，油箱拉帶由于沒有鎖緊裝置，受力更為嚴(yán)重。現(xiàn)場勘驗表明，受力主要集中在拉帶吊耳處，該處是承受力最薄弱處，而且拉帶吊耳處邊緣部位粗糙，存有微裂紋，加之厚度達(dá)不到技術(shù)要求，強(qiáng)度明顯降低，使裂紋逐漸擴(kuò)展最終導(dǎo)致拉帶斷裂。

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場勘驗情況，利用金屬斷口分析技術(shù)對油箱拉帶斷口進(jìn)行分析，得出油箱拉帶斷裂的原因，即油箱拉帶在制造過程中經(jīng)剪切而成，其吊耳處邊緣部位粗糙且存有微裂紋，再加上厚度達(dá)不到要求，強(qiáng)度明顯降低，不斷承受作用力使裂紋逐漸擴(kuò)展導(dǎo)致拉帶斷裂，油箱拉帶斷裂屬產(chǎn)品制造質(zhì)量缺陷所致。

參考文獻(xiàn)

[1]張帆，郭益平，周偉敏.材料性能學(xué)[M].2版.上海：上海交通大學(xué)出版社，2014：100-120.

[2]殷之平.結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2012：5-12.

[3]趙峰.金屬材料檢測技術(shù)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2007：63-74.

[4]王淳浩，梅冰松，來劍戈，等.斷口宏觀分析技術(shù)在道路交通事故檢驗鑒定中的應(yīng)用[J].警察技術(shù)，2011，3：53-55.

[5]于斌，靳慶臣.金屬斷口宏觀形貌幾何特征定量測量及分析[J].有色金屬，2010，3：1-5.