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金屬斷口分析技術在汽車檢測的應用

2019-10-03 15:55 來源:汽車設計論文 人參與在線咨詢

摘要:金屬斷口分析技術是主要是通過對金屬斷裂面的研究為金屬構件失效分析提供依據。本文將從金屬斷口分析的內涵入手,結合實例探究該技術在汽車檢測中的應用,希望可以為金屬斷口分析技術的推廣應用提供一定的幫助。

關鍵詞:金屬斷口;汽車檢測;理論;步驟

斷口是指試樣或是構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外部因素的作用效果,為斷裂機理的分析提供依據。目前,斷口分析已經成為金屬構件失效分析過程中應用的一項關鍵性技術。在現代汽車檢測領域,許多金屬構件的破損分析都可以使用到斷口分析技術,因此探究該技術的實踐應用具有積極意義。

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研究金屬斷裂面的學科,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,斷口多出現在金屬組織最薄弱的部位。金屬斷口的形態分析可以用于多方面問題的研究,如金屬斷裂原因、方式、機制、性質等,進而研究材料冶金因素和環境因素對斷裂過程的影響。除此之外,斷口分析還能夠為斷裂力學研究提供資料支持。金屬斷面記錄了材料在荷載和環境作用下斷裂前的不可逆變形以及裂紋萌生、擴展直至斷裂的整個過程中,通過對端口特征的分析,可以幫助人們了解金屬構件失效的主要原因,可見斷口分析在斷裂失效分析中占據著重要的地位。基于此,斷裂失效分析可以為斷裂的預防控制提供支撐。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,外部受力以及環境條件等因素之間的關系,反映出斷裂失效的規律。斷口分析實現了金屬物理方法和斷裂力學方法的有效銜接。

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,一是按照斷裂性質進行分類,二是按照斷面相對位移形式進行分類。其中基于斷裂性質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。基于斷面相對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,前者是金屬構件在外部作用下分離為兩個互不相連的部分,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局部破裂而形成的一種不穩定缺陷。裂紋在金屬構件中十分常見,引發原因也是多種多樣,如工藝不合格、使用不規范等。

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節,應從斷裂的構件上選擇最具代表性的斷口樣品,適當縮小檢查斷口的尺寸范圍,在取樣時要做到謹慎操作,避免對斷口造成損傷,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,切口位置應與斷口保持一定的距離,避免斷口的形貌以及微觀結構遭到破壞。取樣完成后,應立即放置到干燥器內進行清洗除塵,不同斷口采用的清洗方法和不同,如帶有油污的斷口,應使用汽油清除油膩,之后浸泡在有機液中。其次,進行斷口宏觀觀察分析,可使用肉眼、放大鏡或是金相顯微鏡,主要需要貫徹斷口的形貌、斷口和零件形狀的關系、斷口和變形方向的關系、斷口和受力狀態的關系,主要依據包括斷口顏色、花紋、邊緣情況、粗糙程度等,可用于判斷斷口的性質。再次,斷口微觀分析,主要是根據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行觀察。最后,通過分析確定金屬構件的失效類型以及失效原因。

2金屬斷口分析技術在汽車檢測中實際應用研究

2.1汽車油箱拉帶斷裂現場勘查情況

本次出現油箱拉帶斷裂的是一輛載貨汽車,其油箱位于車輛右側中前部的車架位置,很并未設置托架以及防護網。油箱的直徑和長度分別為700mm和890mm,在現場勘查是發現,油箱的蓋子、延伸管以及傳感器均已經掉落,并且在油箱的油口處發現了凹陷痕跡。油箱的拉帶呈現弧狀,其厚度和寬度分別為1.35mm、和75mm,未發現變形情況,拉帶上部掛環的后耳出現斷裂。基于油箱拉帶痕跡分析可知其安裝位置和油箱兩端距離為100mm和150mm。根據該載貨汽車長提供的斷裂油箱拉帶技術要求可知,油箱拉帶的材質牌號為St12,來帶厚度應為1.5mm。

2.2油箱拉帶的檢驗和觀察

根據油箱拉帶技術材料對其厚度和力學性能進行了分析,同時還對其進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兩個式樣,分別進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斷口內部組織和缺陷進行研究,在試樣處理環節,要預先進行磨制、拋光、腐蝕等一系列處理程序,之后在光學顯微鏡下進行觀察,根據觀察結果,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,則采用體式鏡對試樣進行20倍和50倍放大,根據觀察結果來看,裂紋擴展條紋、條紋收斂端位于鋼帶邊緣。

2.3結果分析

從以上檢驗觀察結果可知,油箱拉帶的力學性能符合技術規范的要求,但厚度未達到技術標準,這是導致拉帶強度降低的主要原因。結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準規范,強度不足,使得裂紋拓展發生斷裂。

3結語

綜上所述,本文通過金屬斷口分析技術對載貨汽車油箱拉帶斷裂的原因進行了分析,結合分析結果來年,導致拉帶斷裂的主要原因為拉帶厚度未達到技術要求,同時吊耳處邊緣部位存在微裂紋。

參考文獻

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作者:孫超 單位:棗莊職業學院 棗莊技師學院

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