{首页主词},&

失效案例：鋁型材開(kāi)裂原因分析

2021-01-04 10:35:21 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：機(jī)械裝備缺陷與失效分析分享至：

情況說(shuō)明

某地鐵生產(chǎn)用鋁合金車(chē)體底架邊梁型材在機(jī)加工過(guò)程中，出現(xiàn)批量性型材板翼板端部位置出現(xiàn)貫穿性裂紋（見(jiàn)圖1），該型材翼板系地鐵車(chē)下設(shè)備安裝的承載部位，裂紋的存在對(duì)列車(chē)運(yùn)行具有相當(dāng)?shù)陌踩[患。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)型材的原材料理化性能、斷口進(jìn)行了分析，并結(jié)合機(jī)加工工藝，查明型材開(kāi)裂的原因，為防止今后發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題提供了科學(xué)依據(jù)。

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

斷口宏觀觀察

開(kāi)裂邊梁型材斷口宏觀形貌見(jiàn)圖2，斷口呈現(xiàn)雙面多源開(kāi)裂特征（疲勞源見(jiàn)圖中型材表面小箭頭處），可見(jiàn)交變應(yīng)力條帶，裂紋擴(kuò)展方向由翼板根部表面向板厚中心擴(kuò)展（見(jiàn)圖中斷面上小箭頭處），板厚中心為最終斷裂區(qū)，斷口右側(cè)為取樣時(shí)人工扳斷區(qū)。

斷口SEM分析

對(duì)邊梁型材斷口進(jìn)行掃描電鏡斷口分析，斷口經(jīng)酒精超聲波清洗后，采用EV0-18掃描電子顯微鏡（SEM）觀察邊梁斷口形貌，斷口低倍形貌見(jiàn)圖3a，可見(jiàn)斷口經(jīng)過(guò)反復(fù)擠壓的擦傷痕跡；疲勞源區(qū)SEM形貌見(jiàn)圖3b，可見(jiàn)輪胎花樣疲勞特征；疲勞擴(kuò)展區(qū)SEM形貌見(jiàn)圖3c，可見(jiàn)疲勞條帶及平行于疲勞條帶的二次裂紋形貌；最終斷裂區(qū)SEM形貌見(jiàn)圖3d，可見(jiàn)嚴(yán)重的擠壓擦傷及次生裂紋形貌。

擠壓焊縫檢驗(yàn)

對(duì)邊梁型材依據(jù)TB/T3260.4-2011《動(dòng)車(chē)組用鋁及鋁合金第4部分：型材》進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)，邊梁型材設(shè)計(jì)焊縫位置及實(shí)際焊縫位置見(jiàn)圖3，邊梁型材擴(kuò)口試驗(yàn)試樣見(jiàn)圖4。結(jié)果表明型材的擠壓焊縫不存在焊合不良現(xiàn)象。

化學(xué)成分分析

使用ARL4460直讀光譜儀，依據(jù)GB/T7999-2015《鋁及鋁合金光電直讀發(fā)射光譜分析方法》對(duì)邊梁型材進(jìn)行化學(xué)成分分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

結(jié)果表明邊梁型材的化學(xué)成分均符合EN573-3-2013《鋁和鋁合金鍛制產(chǎn)品的化學(xué)成份和形式第3部分：化學(xué)成份》標(biāo)準(zhǔn)中6005牌號(hào)鋁合金化學(xué)成分技術(shù)要求。

力學(xué)性能測(cè)試

使用CMT5205-微機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第一部分室溫試驗(yàn)方法》對(duì)邊梁型材進(jìn)行拉伸性能檢測(cè)；使用WE-100液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)GB/T232-2010《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》對(duì)邊梁型材進(jìn)行彎曲性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，邊梁型材力學(xué)性能測(cè)試試樣見(jiàn)圖5。

結(jié)果表明邊梁型材的拉伸性能與彎曲性能符合EN755-2-2016《鋁和鋁合金擠壓桿材/棒材、管材及型材第二部分：機(jī)械性能》標(biāo)準(zhǔn)中6005牌號(hào)鋁合金技術(shù)要求。

微觀金相分析

對(duì)邊梁型材開(kāi)裂位置附近取樣，使用D1m金相顯微鏡與放大鏡，依據(jù)GB/T3246.1-2012《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法第1部分顯微組織檢驗(yàn)方法》和GB/T3246.2-2012《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法第2部分低倍組織檢驗(yàn)方法》進(jìn)行金相檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。邊梁型材金相組織形貌見(jiàn)圖6。

機(jī)加工工藝分析

邊梁型材翼板開(kāi)裂時(shí)機(jī)加工程序見(jiàn)圖7，刀具前進(jìn)方向及刀具轉(zhuǎn)向見(jiàn)圖中箭頭處。可見(jiàn)邊梁翼板開(kāi)裂位置在機(jī)加工的最后工序，在加工該部位時(shí)，翼板整體已不連續(xù)，加工部位已呈獨(dú)立承載壯態(tài)，且受工裝長(zhǎng)度所限，該部位無(wú)工裝加固，懸空近320mm左右，在加工過(guò)程中翼板根部承受交變彎曲應(yīng)力。

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

分析與討論

（1）邊梁型材成份、拉伸和彎曲性能、宏微觀組織均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，開(kāi)裂位置與型材焊縫不重合。

（2）邊梁型材裂紋斷口呈多源性疲勞特征，在加工過(guò)程中受交變彎曲應(yīng)力與振動(dòng)疊加作用，在邊梁翼板根部萌生疲勞源，并由表面向根部心部擴(kuò)展。

（3）開(kāi)裂批次邊梁型材的機(jī)加工與前期生產(chǎn)的批次由于加工工位的變更，機(jī)加工工藝作了調(diào)整，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是原來(lái)加工方向?yàn)橛蛇吜憾瞬块_(kāi)始加工，改為邊梁端部最后工序加工；二是加工進(jìn)給量增加；三是采用垂向銑刀。

結(jié)論及建議

（1）型材開(kāi)裂的主要是由于機(jī)加工工藝不當(dāng)，造成型材端部翼板受到較在交變彎曲應(yīng)力與振動(dòng)作用所致。

（2）建議對(duì)機(jī)加工工藝進(jìn)行如下調(diào)整：1、改變加工方向；2、減少進(jìn)給量；3、改立銑為橫銑機(jī)加工方式。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。