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汽車發動機缸蓋開裂失效分析


摘要:

本文通過斷口分析、金相分析、化學成分分析,認為造成發動機缸蓋失效的原因為:缸蓋內部存在較多沙孔氣孔,且大量的第二相組織沿晶界析出,在受力條件下從易應力集中的火花塞孔邊緣的氣孔起源,裂紋沿偏析的第二相晶界擴展,最終導致油水互滲。







關鍵詞:

斷口分析,金相分析,失效分析,發動機缸蓋







案例正文

1. 引言
某汽車配件生產公司的發動機缸蓋,材質為AlSi6Cu4鑄鋁,發動機缸蓋在使用過程中,在火花塞孔位置發生開裂現象,造成油水混合。
 
2. 試驗與結果
2.1 外觀檢查
通過肉眼可清晰觀察裂紋起源于火花塞孔邊緣,向兩側擴展,裂紋形貌呈波浪形。
 
失效分析
圖1 失效樣品外觀
 
2.2 斷口分析
斷口表面呈嚴重氧化色,且起源區可觀察到尺寸較大的沙孔;通過EDS分析各個不同形貌的位置,發現各個位置的成分有較大差異,Cu、Si、Fe、Mn等合金元素存在不同程度的偏析。
 
失效分析 失效分析
圖2 分解后的裂紋形貌 圖3 裂紋起源區
失效分析 失效分析
圖4 起源區高倍形貌1 圖5 起源區高倍形貌2
失效分析  
圖6 EDS測試位置圖  
 
表1 EDS測試結果
譜圖 C O Mg Al Si Cl Ca Mn Fe Cu Total
1 35.6 8.6 0.3 23.6 24.5 / / 1.2   6.0 100.0
2 45.0 9.4 1.2 15.0 7.6 0.6 1.3 / 1.9 18.0 100.0
3 32.6 6.3 / 36.2 24.9 / / / / / 100.0
 
2.3 金相分析
從金相觀察圖可知,心部存在較多沙孔(黑色),斷口位置與心部位置組織均為白色枝晶狀α固溶體+灰色塊狀共晶Si+淡灰色Al2Cu+黑色的β相,晶界析出第二相約占總面積的30%,且含有較多 Al2Cu和β相,存在組織偏析現象。
 
失效分析 失效分析
圖7 斷口位置金相圖1 圖8 斷口位置金相圖2
失效分析 失效分析
圖9 心部位置金相圖1 圖10 心部位置金相圖2
 
 
3. 結論
缸蓋內部存在較多沙孔氣孔,且大量的第二相組織沿晶界析出,在受力條件下從易應力集中的火花塞孔邊緣的氣孔起源,裂紋沿偏析的第二相晶界擴展,最終導致油水互滲。
 
4. 參考標準
[1] HB7739-2004航空金屬制件失效分析程序與要求



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