分享：车辆用钛合金悬架总成开裂原因
摘 要:某车辆在行驶过程中,其 HST2425钛合金悬架总成发生开裂。采用宏观观察、扫描电 镜分析、化学成分分析、力学性能测试和金相检验等方法对该悬架总成开裂的原因进行分析。结果 表明:钛合金悬架总成模锻成型时,锻造温度过低使其产生了不规则的微观裂纹,在车轮拉力作用 下,钛合金悬架总成模锻件外表面的裂纹进一步扩展引发开裂。
关键词:HST2425钛合金;悬架总成;锻造温度;裂纹
中图分类号:TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)05-0059-03
车辆悬挂系统是指由车身与轮胎间的弹簧和避 震器组成的整个支持系统,悬挂系统综和了多种作 用力,决定着车辆的稳定性、舒适性和安全性,是现 代车辆十分关键的部件之一。悬架总成作为车身与 车轮之间连接的传力部件,是保证车辆行驶安全和 乘坐感觉舒适的重要部件。因此,悬架总成往往被 列为重要部件编入车辆的技术规格表中,作为衡量 车辆质量的指标之一。
钛合金具有屈强比高、比强度高、密度低、弹性 模量低等特点,被应用于多个工业领域。车辆中的 HST2425钛合金悬架总成起到了机构限位的作用。 某车辆在行驶过程中,其 HST2425 钛合金悬架总 成发生开裂,调查该悬架总成基体表面发现多处裂 纹。为了找到该悬架总成的开裂原因,笔者对其进 行了一系列理化检验,并提出了改进方法,以避免该 类事件再次发生。
1 理化检验
1.1 宏观观察
图1,2分别为悬架总成及其裂纹的宏观形貌, 可以看出该悬架总成臂身开裂处正面、背面各有一 凹槽,裂纹横贯凹槽。观察裂纹断面,发现断口周围存在放射状条纹,放射状条纹汇聚于凹槽基体的内 部(见图3)。
1.2 扫描电镜分析
采用扫描电子显微镜对悬架总成臂身开裂处进 行观察,臂身开裂处裂纹微观形貌如图4所示,可以 看出臂身外表面存在多处不规则的裂纹。
1.3 化学成分分析
在开裂悬架总成上取样进行化学成分分析,结 果见表1。可以看出所用 HST2425钛合金悬架总成 的 化 学 成 分 符 合 标 准 Q/HST06—2014 《HST2425钛合金属棒材》的要求。
1.4 力学性能测试
在开裂悬架总成上取样进行力学性能试验[1], 试验结果如表2所示。可以看出所用 HST2425钛 合金悬 架 总 成 的 力 学 性 能 符 合 标 准 Q/HST06— 2014 的要求。
1.5 金相检验
在图1中箭头所指部位取样,置于光学显微镜 下进行观察。图5为该悬架总成断口处显微组织形 貌,可以看出试样的显微组织为α相+β相[2],显微 组织均匀、无异常变化,符合标准 Q/HST06—2014 对悬架总成的显微组织要求。
2 综合分析
该悬架总成的化学成分、力学性能、显微组织均 符合标准要求。悬架总成锻件在模锻成型时,在保 证不出现过热的前提下,提高始锻温度可加强金属 的塑性,减小变形抗力,有利于压力加工的进行;在 保证锻 造 结 束 前 金 属 还 具 有 足 够 的 塑 性。 如 果 锻 造结束后能获得较好的再结晶组织,降低终锻温度,这样就扩大了锻造温度范围,能够有足够的时间 使金属变形。但终锻温度也不能过低,否则此时金 属的可塑性差,抗变形力大,并可能出现加工硬化, 在较低温度下锻造易产生裂纹[3]。车辆在行驶过程 中,受到车轮内侧的拉力作用,这些裂纹就会失稳扩 展发生开裂。基于这种情况,悬架总成在模锻成型 时应严格控制锻造温度,确保材料在具有良好塑性 的情况下成型,避免出现锻造裂纹。
3 结论及建议
该 HST2425钛合金悬架总成在模锻成型时, 锻造温度过低导致其产生了不规则的微观裂纹,在 车轮拉力作用下,悬架总成模锻件外表面的裂纹进 一步扩展引发开裂。
悬架总成锻件在模锻成型时,应适当缩短锻造 时间,严格控制终锻温度在工艺要求的范围内,避免 终锻温度过低导致零件产生裂纹,以保证满足零件 的质量技术要求。
参考文献:
[1] 史美堂.金属材料及热处理[M].上海:上海科学技术 出版社,1980:21-31.
[2] 聂毓琴,孟广伟.材料力学[M].北京:机械工业出版 社,2009.
[3] 王东升.金属 工 艺 学 [M].杭 州:浙 江 大 学 出 版 社, 1987.
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