【失效分析】汽车发动机支架断裂分析

01月,11,2025 | 浏览次数:1887


       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。

图1-断裂发动机支架图

       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。

图2-发动机支架断口宏观形貌图

       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。

图3-发动机支架断口微观形貌图 表1-夹渣成分结果表

图4-发动机支架断口微观形貌图

       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。

图5-抛光态形貌图

       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))。

图6-腐蚀态形貌图

        3.5 化学成分测试:

        参照ASTMB85-2014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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