發(fā)動機支架是發(fā)動機上的重要零部件,它的主要作用為固定發(fā)動機并降低發(fā)動機向車架傳遞振動。汽車發(fā)動機支架為發(fā)動機與整車的連接件,同時作為發(fā)動機的安全件,在汽車行駛過程中承受較大的正應力和切應力,容易發(fā)生斷裂。
某汽車公司發(fā)動機支架所采用的材料為ADC12壓鑄鋁合金,該支架在安裝后行駛約100 km時沿整個橫截面發(fā)生斷裂。為了確定該支架的斷裂原因,對該支架進行了斷口宏觀觀察分析、材料化學成分分析、金相顯微組織分析、硬度測試、EDS 能譜測試分析及掃描電鏡分析測試。在理化試驗的基礎上,結合微觀斷口形貌和斷裂機理對支架的斷裂原因進行分析,并根據(jù)斷裂原因提出相關改善措施。
1 試驗方法和結果
1.1 試驗對象
試驗對象為某汽車公司行車過程發(fā)生斷裂的汽車發(fā)動機支架,該支架材料為ADC12壓鑄鋁合金。
1.2 宏觀斷口觀察
斷裂支架的外觀整體形貌見圖1;采用光學顯微鏡對該鋁合金支架進行斷口宏觀觀察,發(fā)現(xiàn)其斷口表面呈暗灰色,斷口包含了纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)三個區(qū)域,斷裂支架斷口宏觀形貌見圖2;采用3D數(shù)碼光學顯微鏡對斷口表面進行觀察,斷口表面各區(qū)域均可見大量鑄造孔洞,且分布隨機,斷口表面孔洞見圖3。
1.3 成分測試
采用火花直讀光譜儀對斷裂支架的材料成分進行測試,并將測試結果與標準JIS H5302-2006中ADC12的成分要求進行對比,結果見表1。由表1可以看出,與標準中的要求相比,該斷裂失效的支架材料中Cu的含量偏低,Si和Fe的含量偏高。斷裂支架材料的化學成分不符合JIS H5302-2006中ADC12的成分要求。
1.4 斷口顯微觀察
在支架斷口表面附近區(qū)域及遠離斷口區(qū)域切取金相試樣,經(jīng)0.5%氫氟酸水溶液腐蝕后觀察金相組織,如圖4所示。從圖中可見白色的α固溶體呈枝晶狀和塊狀分布,其基體為α+Si共晶體,共晶硅呈段條狀分布,此外在共晶體中存在部分黑色點狀物質,與標準ADC12的金相顯微組織無明顯差異。
所切取的金相樣品經(jīng)研磨拋光后表面可觀察到明顯的孔洞,有的裂紋起源于孔洞處,且裂紋貫穿孔洞。將金相樣品經(jīng)過腐蝕后發(fā)現(xiàn),表面可見的孔洞在內(nèi)部是連通的,可看作為一個孔洞,如圖5和圖6所示。由圖6可知,該支架材料內(nèi)部的孔洞的*大尺寸為 431.3 μm,
且多數(shù)孔洞的尺寸大于200 μm。