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【失效分析】汽车下摆臂断裂失效

06月,07,2024 | 浏览次数：4694


      01.测试背景

      汽车下摆臂在超强坏路试验中发生断裂，路试里程：2.6PH1(相当于37440km)。客户送检失效样品进行检测分析，以期找出失效原因。
       02.样品信息
       下摆臂基体材质为SAPH440，表面处理为电泳处理。
图1-断裂下摆臂图片
图1-断裂下摆臂图片

      03.试验方案

分析流程 测试项目 测试设备
断口表面形貌观察
 宏观形貌观察 3D显微镜
微观形貌观察 扫描电子显微镜（SEM）
截面观察及成分分析
 抛光态形貌观察及成分分析

扫描电子显微镜（SEM）

+EDS（能谱仪）、金相显

微镜

金相组织分析
材质分析 化学成分测试 火花原子光谱仪
硬度分析 硬度测试 维氏硬度计
结果 结果分析 /

       04.测试结果分析
       4.1 | 宏观形貌观察

       断裂位置位于大轴套筒与侧壁连接处，裂纹源位于侧壁外翻边边缘（A区域），该区域锈蚀较严重，可观察到贝壳纹，为疲劳断裂特征；B区域锈蚀相对较轻，为扩展区；C区域较为新鲜，无锈蚀现象，为瞬断区。

样品宏观形貌观察

       4.2| 微观形貌观察
       裂纹源A区域表面磨损严重，裂纹源位置可观察到明显裂纹；扩展区B区域，磨损也较严重，可观察明显的扩展台阶；瞬断区C区域可观察到一些撕裂韧窝，为韧性断裂。
图3-下摆臂断口微观形貌图
图3-下摆臂断口微观形貌图

        4.3 | 抛光态形貌观察及成分分析
       从裂纹源位置下0.2mm处的切片照片可观察到一条裂纹，裂纹内物质成分C、O含量较高，疑似含有表面电泳层成分，说明该处裂纹在电泳前已存在；摆臂基体中并无较大的气孔或夹杂物存在。
图4-抛光态形貌图
图4-抛光态形貌图

       4.4|金相组织分析(裂纹源A位置)
       a区域可观察到明显的流线，晶粒变形明显，推测该裂纹位置可能为毛刺在机加工过程中被压致侧边；摆臂上边缘处组织（b区域）与基体组织存在明显差异，其组织为索氏体＋铁素体，逐渐过渡为铁素体＋珠光体，推测边缘位置可能受热，如切割或加工热影响；摆臂基体（C区域）组织为细小的铁素体＋少量片层状珠光体。
图5-腐蚀态形貌图
图5-腐蚀态形貌图
       4.5 | 化学成分测试

       断裂下摆臂的基体化学成分符合SAPH440的规格要求。

       表2-下摆臂成分结果表（Unit：wt%）

测试点及规格 C Si Mn P S Alt Fe
下摆臂 0.042 0.049 0.962 0.012 0.002 ≥0.010 余量

SAPH440

(Q-BQB310-2019)

≤0.21 ≤0.30 ≤1.60 ≤0.025 ≤0.020 ≥0.010 /

       4.6 | 硬度测试
       下摆臂边缘（位置1）硬度远高于基体（位置2）硬度。

       表3-下摆臂硬度结果表

位置 1 2
HV0.3 359 188

备注：所给硬度值均为三点测量结果之平均值
图6-下摆臂硬度测试位置示意图
图6-下摆臂硬度测试位置示意图

       05.分析讨论

       1.下摆臂样品为疲劳断裂，裂纹源位于大轴套筒外翻边边缘。

       2.下摆臂边缘处组织与基体组织存在明显差异，其组织为索氏体+铁素体，逐渐过渡为铁素体+珠光体，边缘处硬度也远高于基体，推测边缘位置可能受热，如切割或机加工热影响。
       3.下摆臂样品裂纹源下方截面金相可观察到明显的晶粒流线，说明该位置为顶端毛刺在加工过程中被压向侧边。
       4.下摆臂样品基体中并无较大的气孔或夹杂物存在，化学成分符合SAPH440的规格要求。
       06.结论
       下摆臂样品在加工过程中外翻边的毛刺被压入侧边，形成一条缝隙。在车载试验过程中的交变应力作用下，在缝隙位置形成应力集中，进而产生裂纹并不断扩展，最终导致断裂。
       07.改善建议

       建议供应商加强汽车下摆臂电泳前品质管控，改善生产加工工艺，减少表面毛刺、翻边等缺陷的产生。

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