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汽车座椅连接销断裂分析

汽车座椅是将成员与车身联系在一起的重要内饰部件,它直接影响到整车的舒适性和安全性。在发生碰撞时,座椅作为安全部件在被动保护中起决定性作用的组成部分,它可以在事故发生时最大限度的减轻对驾驶员和乘员造成的伤害。


某款乘用车在对座椅进行冲击试验时,其中一个连接销发生断裂。本文通过各种试验方法对断裂连接销进行综合分析,以确定其断裂失效原因。


1.理化检验及结果

(1)断裂特征观察

断裂连接销宏观形貌见图1、图2,断面与连接轴向垂直、起伏不平,断口凹陷部分灰暗、无金属光泽,边缘部分在冲击试验时受到破坏,轴向可见明显塑性变形


(2)化学成分分析

对断裂连接销取样,采用直读光谱仪对其进行化学成分分析,结果见附表。

断裂连接销化学成分.jpg
从上表检测结果可以看出,断裂连接销化学成分符合要求。


(3)金相组织观察

将断裂连接销径向切开,经过镶嵌、磨抛、腐蚀后,用金相显微镜对其进行组织观察,断裂连接销表面和芯部为均匀的回火索氏体组织,见图3、图4。


(4)断口SEM观察

采用扫描电镜对断裂连接销断面进行观察,其形貌见图5、图6。


试样边缘未被破坏位置断口形貌见图5,表面较为光滑且有裂纹的时冲击试验造成开裂的表面处理金属层,该层一下是典型的拉伸韧窝断口;靠近芯部断口形貌见图6,同样是拉伸韧窝断口,属于正常断裂形式,未见明显的夹杂物或空洞等材料缺陷的裂纹源。


2.故障再现验证


从图1中可以看到,断裂连接销断口在冲击试验时大部分遭到破坏,未找到裂纹起始位置及产生原因,重新取连接销装配与冲击试验相同工况进行故障再现试验。再现试验后连接销宏观形貌见图7,该连接销发生较大的弯曲,单位断裂。


对再现试验连接销凹槽处进行草庙电镜观察时,发现有沿外缘面的裂纹,将其放大观察,为典型的韧窝断口,与断裂连接断口形貌一致,见图8、图9。将零件沿轴线切割,对凹槽处剖面观察,图纸要求凹槽处倒角R0.2mm,此处机械加工明显不规范,见图10。


3.分析与讨论


从故障再现中弯曲连接销的检测可以看出,虽然此连接没有发生断裂,但是在凹槽外缘圆周方向已产生了裂纹,从图9中观察到萌生的裂纹形貌与断裂连接销的断口形貌一致,均为韧窝断口。


在对凹槽轴向剖面观察中看到尖锐的倒角,接卸加工不当导致此处应力集中,裂纹由此倒角处萌生、并开始扩展直至断裂。文献中研究了缺口腿肚对冲击某低合金钢冲击的影响,缺口越尖锐,参与塑性变形的材料体积越小,得到的冲击功越低。


综合以上分析,断裂和变形的连接销失效原因是一致的,未局部发生明显塑性变形的延性断裂。延性断裂通常反映未过载断裂,即零件所承受的真实力超过了危险截面处的强度所造成的断裂。连接销凹槽位置由于机械加工不当产生应力集中,在外力作用下裂纹便在凹槽边缘位置萌生、扩展并最总断裂,即设计强度不够和局部应力集中导致连接销断裂。


4.结语


(1)断裂连接销断口是典型的韧窝断口,设计强度不够和局部应力集中是造成断裂的主要原因;


(2)新品试验零件的失效分析,应首先从设计角度入手,零件合理的尺寸及形状设计、合适的选材及热处理方式、必要的力学性能试验分析可以有效遏制零件失效。

来源:《金属加工(热加工)》杂志


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