轎車氣門彈簧疲勞斷裂分析
汽車行駛在公路上，難免會出先各種問題，很多問題都是能預(yù)防的，很多新手司機也都不是非常的了解，了解汽車故障的一些原因，知道原因我們就可以更好的去預(yù)防，下面就是小編給車友們整理的一些關(guān)于轎車氣門彈簧疲勞斷裂分析 。
采用φ2.9 mm油淬火回火彈簧鋼絲生產(chǎn)的發(fā)動機氣門彈簧在轎車行駛過程中斷裂。該彈簧經(jīng)冷卷簧—420 ℃×30 min去應(yīng)力退火—兩端支撐圈磨平—表面噴丸強化處理—220 ℃×25 min低溫退火—強壓—檢驗—包裝等工序制造而成，材質(zhì)為SAE9254V超純潔度彈簧鋼，鋼絲按GB/T 18983—2003中VDCrSi標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，抗拉強度為1 880~2 030 MPa。
對斷裂彈簧進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。由表1可知，該彈簧化學(xué)成分符合GB/T18983-2003中VDCrSi標(biāo)準(zhǔn)要求。
表1 斷裂彈簧化學(xué)成分 w/%
C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | |
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 | 0.50～0.60 | 1.20～1.60 | 0.50～0.90 | ≤0.025 | ≤0.025 | 0.50～0.80 | ≤0.12 |
實測值 | 0.55 | 1.42 | 0.67 | 0.009 | 0.008 | 0.68 | 0.06 |
在彈簧斷口附近取樣，并制成橫向金相樣品觀察，其金相組織為回火屈氏體。表面脫碳層檢測可以看出，表面無脫碳，均符合氣門彈簧技術(shù)要求。金相樣品未腐蝕前，用1 kgf顯微硬度計檢測硬度，其距表面1/2半徑處硬度為562 HV。按硬度和抗拉強度換算表推算其抗拉強度相當(dāng)于1 960 MPa，符合GB/T18983—2003中VDCrSi標(biāo)準(zhǔn)鋼絲抗拉強度范圍1 880~2 030 MPa。
對彈簧斷口進(jìn)行掃描電鏡分析，彈簧正向低倍斷口形貌如圖1所示，斷裂源區(qū)形貌如圖2所示。
由圖1～圖2可知，彈簧斷裂于彈簧的次表層，斷裂源處未見非金屬夾雜物。斷裂源處對應(yīng)的彈簧表面有一長軸為0.82 mm，短軸為0.43 mm的近似橢圓凹坑。彈簧斷口附近表面的凹坑中不但無噴丸痕跡，而且存在明顯的刮蹭痕跡，這說明該凹坑并非由制簧材料油淬火回火彈簧鋼絲表面存在的凹坑缺陷遺傳至此，而是在彈簧制好之后刮蹭產(chǎn)生的。斷裂源處彈簧表面有一表層覆蓋物，該覆蓋物起源于凹坑一側(cè)，由此可斷定該覆蓋物為凹坑位置的金屬材料轉(zhuǎn)移至此，即在外力作用下將凹坑中的金屬材料從一側(cè)掀起來，翻轉(zhuǎn)覆蓋在金屬表面。由此可以推斷，一偶然因素使彈簧表面受外力沖擊刮蹭形成一長軸為0.82 mm，短軸為0.43 mm的近似橢圓凹坑，并在沖擊刮蹭凹坑底部時產(chǎn)生應(yīng)力集中。氣門彈簧在服役過程中承受交變應(yīng)力[4-6]，拉應(yīng)力位于彈簧的次表層，而凹坑底部的應(yīng)力集中和拉應(yīng)力相互疊加作用，造成氣門彈簧服役早期在剪切應(yīng)力的作用下凹坑下面形成疲勞斷裂萌生源，并迅速擴(kuò)展，引起早期疲勞斷裂。
彈簧材料材質(zhì)和顯微硬度均屬正常，彈簧材料金相組織為回火屈氏體，屬正常組織。表層未見脫碳層。氣門彈簧早期疲勞斷裂為彈簧受外力沖擊刮蹭所致。
結(jié)果表明，彈簧的斷裂性質(zhì)屬早期疲勞斷裂，彈簧表面受外力沖擊刮蹭形成一長軸0.82 mm，短軸0.43 mm的近似橢圓凹坑，并在沖擊刮蹭凹坑底部產(chǎn)生應(yīng)力集中，由此形成疲勞斷裂萌生源，在剪切應(yīng)力的作用下迅速擴(kuò)展，引起早期疲勞斷裂。
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