汽车空调活塞失效分析-金相组织检验

公司名称：深圳中翔检测技术有限公司www.zhongxiangjc.com

       失效机制是导致零件、元器件和材料失效的物理或化学过程。此过程的诱发因素有内部的和外部的。在研究失效机制时，通常先从外部诱发因素和失效表现形式入手，进而再研究较隐蔽的内在因素。

一、测试项目：汽车空调活塞失效分析-金相组织检验

二、样品失效背景信息收集：

失效样品为汽车空调活塞，样品材料为2014，样品经过挤压榛、切料、皂化、冷锻、机加工、镀锡处理，在工作中发生开裂。

根据客户提供的样品信息：

图1为未经过处理的正常样件。

图2为经过镀锌后未使用的样件。

图3为失效样件。所送的4个失效样品，开裂位置均在箭头所指处，此处也是样件挤压位置，形成挤压凸台。根据活塞的工作原理，样件内环内侧为受力区域，而内侧的挤压凸台，是其中应力更为集中的区域，而裂纹就位于挤压凸台的中心位置，从上到下的竖直延伸，详见图4。

三、测试信息

1.断口宏观检查

      将图4所标裂纹打开，见图5所示，断口截面较平整，没有明显的塑性变形，在断口上可以明显看见疲劳条纹，属于典型的疲劳断裂，根据疲劳纹的位置和扩散走向，可知裂纹源位于断口顶部的内缘区域。

2、断口微观检查（扫描电镜）

对样品的断口面进行微观检查，检查的位置如图5(a)所示，其中A、B、C为断口区域，D为打开裂纹时，人为撕裂区。

如图6-7所示，裂纹源区有典型的疲劳条纹。

如图8-11所示，在扩展区域也有疲劳条纹，断口基本上以准解理形貌特征为主。

如图12-13所示，对于人为撕裂的断面，呈现大量的韧窝形貌，为塑性断裂。

四、失效原因讨论分析

（1）通过宏观和微观检测，可知断口为典型的疲劳断裂，裂纹起源于样品内测顶部，并由此向四周扩展，扩展中形成的疲劳纹延伸到了整个断面，且未发现明显的撕裂区，说明断口属低应力高周疲劳断裂。

所接收到的4个失效样品，开裂位置相同，均位于而位于样品挤压形成的凸台内侧，结构上此位置是整个样品应力最为集中的地方，而同时在实际工作中，内侧会直接承受着交变应力的作用，所以这是引起开裂的主要原因。

（2）通过化学成分检测可知，样品的化学成分符合标准的要求，不过所选取的正常、镀锡和失效3类样品，每一类之间的结果基本一致，但3类之间有几个元素显著不同，这些差异是偶然的，还是因为这三类样品不是同一批次造成的，需生产方进一步统计确认，本次测试未发现其对断裂有明显的影响。

（3）通过金相检测可知，在失效样件的另一位置的内环也发现了一条裂纹，裂纹也是起源于内侧，并向外侧延伸，只是此裂纹当前尚小，未贯穿整个壁厚，这也说明试件内环的内侧位置，为试件开裂的起源区域。

另外，根据检测，三类试件的内部组织一致，无明显差异，也未发现异常组织，其他边缘位置未见明显缺陷和异常。

（4）通过硬度检测可知，3类样品硬度之间有差异，产生的差异应是镀锡前后及样品制造成型过程中的相关处理工艺造成的。其中失效件硬度较大，但内外表面硬度相差不大，内表面硬度较高，应是在使用过程中，内表面受到活塞杆球头不断的拉压等作用，使得表面硬度变大。

五、结论

试件的化学成分符合相关技术要求，内部的金相组织和硬度也未见明显异常。

所有开裂试样的裂纹源均位于挤压凸台中间，也是结构上应力最为集中的位置，而在内环内侧其他位置也发现了有细小裂纹的存在，说明试件内环的内侧区域，作为试件工作中的受力位置，也是试件开裂的起源区域。在试件工作中所承受的交变应力的不断作用下，在应力相对更为集中的凸台内侧引发了低应力高周疲劳开裂。

公司介绍：

深圳中翔检测技术有限公司，实验室位于特区深圳，专注于为客户提供金属材料制品，塑料橡胶制品，仓储货架，汽车零部件，轨道交通部件，紧固件，油漆涂料，电子元器件等产品的检验，鉴定，认证及研发等专业技术服务，服务对象涉及基础工业，港口机械，物流仓储，新能源，汽车，电力设施，航空航天及教育科研等领域。中翔检测多年来扎根于珠三角，服务于全国，依托专业的实验室技术人员，先进的检测方法，协助客户解决研发，生产，验收，贸易等多个环节的技术问题。中翔检测作为一家独立，专业，严谨，诚信的第三方检测机构，秉承着为客户提供优质服务的企业理念，是您值得信赖的合作伙伴。