汽车座椅连接销断裂分析

2015-11-16梅丹伟任利珍曹传亮卢柳林

金属加工(热加工) 2015年11期

关键词：韧窝倒角凹槽

■梅丹伟，任利珍，曹传亮，卢柳林

汽车座椅是将乘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地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，断面与连接销轴向垂直、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。

从附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，断裂连接销表面和心部为均匀的回火索氏体组织，见图3、图4。

图1 连接销断面

图2 断裂连接销轴向变形

图3 断裂连接销表面组织（500×）

图4 断裂连接销心部组织（500×）

断裂连接销化学成分（质量分数）（%）

（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时冲击试验造成开裂的表面处理金属层，该层以下是典型的拉伸韧窝断口；靠近心部断口形貌见图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，但未断裂。

对再现试验连接销凹槽处进行扫描电镜观察时，发现有沿外缘面的裂纹（图8），将其放大观察，为典型的韧窝断口，与断裂连接销断口形貌一致，见图9。将零件沿轴线切割，对凹槽处剖面观察，图样要求凹槽处倒角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，虽然此连接销没有发生断裂，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，机械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。有文献研究了缺口角度对某低合金钢冲击性能的影响，表明缺口越尖锐，参与塑性变形的材料体积越小，得到的冲击吸收能量越低。

综合以上分析，断裂和变形的连接销失效原因是一致的，是局部未发生明显塑性变形的延性断裂。延性断裂通常反映为过载断裂，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、扩展并最终断裂，即设计强度不够和局部应力集中导致连接销断裂。