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汽车发动机支架断裂分析

01 测试背景

客户汽车发动机支架设计寿命10万公里,但在安装之后即发生早期断裂。该支架材质为铸铝A380,铸造工艺为压力铸造,表面经抛丸处理。客户送检发动机支架-断件,其一端安装在变速箱上,另一端安装在悬置固定在横梁上。根据客户要求,对发动机支架-断件进行失效分析测试,以期找出断裂原因。没有特殊声明,测试位置均取自变速箱侧断面。

02 实验方案

03 测试结果

3.1 宏观形貌观察:

      发动机支架断面无明显塑性变形,整体呈灰白色且可观察到较多小亮面。裂纹起始于左侧支撑薄壁边缘(A区),终止于右侧拐角及厚壁两个台阶处(C区),中间大面为扩展区(B区)。下图所示箭头方向为裂纹扩展方向。


3.2 微观形貌观察:

发动机支架断面A区域(裂纹源)浅表层位置可观察到较多夹渣和气孔;B区域(扩展区)也可观察到夹渣和较明显的枝晶和孔洞,断面主要为准解理和少量的解理面,呈脆性断裂;C区域(终断区)表层附近可观察到一些撕裂韧窝和夹渣。


    

3.3 抛光态形貌观察: 


发动机支架A区(裂纹源)浅表层观察到较多气孔缺陷,中部位置也可观察到较密集的缩孔缺陷。 


3.4 腐蚀态形貌观察:

发动机支架基体金相组织α枝晶与α+Si+Al2Cu三元共晶体均匀分布,共晶硅为短杆状和针状,为变质不足状态(参照JB/T7946.1-2017(钠变质))。


3.5 化学成分测试:

参照ASTM B85-2014标准,发动机支架-断件样品化学成分符合A380规格要求。 


04 分析讨论

1.发动机支架裂纹源位于左侧支撑薄壁处,此位置浅表层存在较多夹渣和气孔等铸造缺陷;

2.发动机支架大部区域均可观察到明显的枝晶和孔洞等缺陷,断面主要为准解理和少量的解理面,呈脆性断裂;

3.发动机支架基体组织变质不足,α枝晶与α+Si+Al2Cu三元共晶体均匀分布,共晶硅为短杆状和针状;

4.发动机支架化学成分符合A380成分规格。 

05 结论

发动机支架-断件整体存在较严重的夹渣、气孔、枝晶等铸造缺陷,且基体变质不足,存在较多短杆状和针状共晶硅,严重降低基体强度,以致在使用过程中,表层缺陷处应力集中萌生裂纹,进而不断扩展发生断裂。

06 改善建议

   改善铸造工艺,减少铸造缺陷.

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