论文部分内容阅读
摘 要：随着社会对汽车利用率的逐年攀升，使得汽车零部件的故障发生率越来越高，部分汽车的转向直拉杆甚至会出现断裂的情况。本文以改善汽车制造工艺水平以及提升汽车性能为出发点，首先介绍试验方法、宏观观察、化学成分分析、硬度测试、金相检验、断口分析以及微裂纹分析，进而针对试验结果展开分析与讨论，最终从本质上提升汽车部件的质量。
关键词：汽车;转向直拉杆;断裂原因
引言
社会整体发展速度的不断提升使大众对汽车的使用需求变得越来越多，转向直拉杆作为汽车转向机构的重要组成零件，其性能与质量将在很大程度上决定汽车整体的稳定性与安全性。通常来讲，转向直拉杆与转向横拉杆都隶属于转向拉杆，而前者能够将转向摇臂的相应运动传递到转向节臂上，其能够多次承受压应力以及拉应力的作用，一旦发生断裂就会带来严重的后果。因此，汽车制造厂商以及维修公司应当分析汽车零部件的失效原因，探索有效的预防措施与改进方法，从而推动汽车行业的健康发展。
1.理化试验
1.1试验方法
本文所研究的试验材料是自卸车已经断裂的转向直拉杆，借助对应标准的体视显微镜实现对拉杆断裂位置的宏观观察，并使用全谱直读光谱仪分析转向直拉杆的主要化学成分。同时，试验人员需要切割断裂的转向直拉杆以实现取样操作，制取样品以后应当采用98N试验力开展专业的硬度测试。除此之外，还需要在光学显微镜下实现转向直拉杆的金相检验，并在扫描电子显微镜的帮助下实现对断裂面微裂纹的具体观察与分析。
1.2宏观观察
通过观察转向直拉杆的断裂面可以发现，直拉杆的中间部位有一定程度的弧形弯曲且断裂位置恰好处于该弯曲面的中间部位，而断裂部位与轴线的方向几乎呈垂直。值得一提的是，断裂部位的附近出现油漆脱落现象且锈蚀痕迹较为明显，而直拉杆的两端仍然可以看到黑色油漆。本文所研究的直拉杆外部直径为三十毫米，所采用的材料壁厚大约五毫米，通过分析锻炼部位的宏观形貌可以发现，断裂部位整体上凹凸不平且断口有大半区域处于锈蚀的状态，剩余区域的断裂口比较新鲜，这说明断裂口不同部位的形成时间有所区别，且新鲜断裂口部位形成的时间相对比较短，而锈蚀现象发生比较严重的部位断裂口形成时间比较长。依据断口的相关形貌特征，可以将断口分为三个区域，分别为断裂源区、裂纹扩展区以及最新断裂部位，而断裂源区大多处于直拉杆弯曲结构的内侧部位，最新断裂部位基本处于弯曲结构的外侧部位。除此之外，本文所研究的转向直拉杆具备脆性断裂的显著特种，并不存在碰撞现象。
1.3化学成分分析
通过结合原子发射光谱分析方法的相关文件可知，试验人员可以通过分析转向直拉杆的化学成分来加深对断裂部位的了解，并核实直拉杆的化学成分是否与行业标准相符。需要注意的是，该直拉杆的化学组成成分完全符合优质碳素结构钢的化学技术要求。
1.4硬度测试
实验人员通过结合金属材料的维氏硬度实验文件对对象直拉杆的端口进行硬度测试。结果显示，该直拉杆的断口硬度为185HV10，然后借助相关转换文件将维氏硬度换为布氏硬度，对应的布氏硬度值为178HB，完全符合相关的硬度技术要求。
1.5金相检验
试验人员结合金属显微组织检验方法文件实现对转向直拉杆的断口取样并进行相应的金相检验。实验结果表明，其纤维组织为铁素体与珠光体的结合体，完全符合退火态45鋼在显微组织方面的一些特征。
1.6断口分析
断口的形貌分析也能在一定程度上反映转向直拉杆的断裂部位特征，试验人员通常从三个区域的角度出发，对断裂部位的形貌进行分析。本文所研究的转向直拉杆第一个区域呈现出较为明显的台阶形貌且其表面比较平坦，每个台阶表面存在一定程度的疲劳弧线，裂纹源通常是处于台阶外表面箭头所指示的部位，对应的疲劳裂纹通常是由转向直拉杆的外表面逐步向内部扩展;第二个区域存在撕裂棱与解理台阶，具备一定的准解理转向直拉杆断裂形貌特征;第三个区域出现了比较显著的韧窝现象，其可以作为最后的瞬间断裂区域。
1.7微裂纹分析
通过对转向直拉杆断口的内侧部位分析发现，其靠近外表面的部位出现大量不同截面的微裂纹。而第三个区域周边管壁外表面的形貌上存在一定的锈蚀现象，但是没有发现微裂纹现象。试验人员又观察微裂纹沿管壁的扩展情况，发现该断裂部位的微裂纹整体上趋于平直状态，且其扩展方向与直拉杆轴向互相垂直。进一步分析微裂纹内部的物质可知，断裂纹内部所含的元素主要有铁和氧，说明氧化物广泛分布在微裂纹的内部。试验人员还对相关的试验图像进行分析，记忆发现转向直拉杆的端口内侧某些部位存在凹凸不平的情况且大都存在腐蚀坑，而微裂纹往往会顺着面积较大的腐蚀坑进行内部扩展。对于断口内侧的外表面来说，依然存在部分腐蚀坑形貌，试验人员在其内部发现了比较细微的微裂纹，且其仅仅扩展到断口的较浅部位。
2.分析与讨论
通过分析试验人员对转向直拉杆的理化检验结果可以得知，本文所研究的转向直拉杆所涉及到的硬度、化学成分以及显微组织均为正常。在所有金属构件中，出现混合杂质表面有孔洞以腐蚀坑等不连续缺陷是很常见的，而该类部位通常会成为疲劳断裂的源头。
作为一种非常常见的缺陷形式，腐蚀坑的存在会给金属表面带来应力集中现象。在反复的交叉载荷摧残下，腐蚀坑极易变为裂纹源，从侧面加快了疲劳裂纹的扩展速度，减少了金属构件的使用寿命，从而致使金属构件在使用早期就出现断裂现象。国内相关学者对腐蚀坑进行了比较全面的研究，结果表明腐蚀坑的深度与宽度会对疲劳裂纹的扩展说明产生比较大的影响。
针对转向直拉杆的断裂部位而言，一方面是由于直拉杆的表面存在油漆脱落的问题，而其内部的金属部分长时间与空气接触，致使直拉杆的表面受到腐蚀与氧化。另一方面，当汽车在道路上行驶时，转向直拉杆长时间会处于拉力与压力的交叉负荷作用下，特别是其中部弧形部位内侧所受到的应力最大。考虑到直拉杆弧形部位内侧存在一定的腐蚀坑，当该部位的应力达到了材料的疲劳强度极限时，就会产生微裂纹。随着时间的推移，裂纹会发生更多的扩展，导致转向直拉杆出现大面积的断裂现象，同时在环境的作用下出现锈蚀问题。
参考文献
[1]吴文祥，尚灿，廖冰.汽车转向直拉杆断裂原因分析[J].理化检验-物理分册，2016，52（11）：818-821.
[2]杨冬梅，肖武，董新权.汽车转向直拉杆断裂分析[J].汽车工艺与材料，2015，（4）：31-32.
关键词：汽车;转向直拉杆;断裂原因
引言
社会整体发展速度的不断提升使大众对汽车的使用需求变得越来越多，转向直拉杆作为汽车转向机构的重要组成零件，其性能与质量将在很大程度上决定汽车整体的稳定性与安全性。通常来讲，转向直拉杆与转向横拉杆都隶属于转向拉杆，而前者能够将转向摇臂的相应运动传递到转向节臂上，其能够多次承受压应力以及拉应力的作用，一旦发生断裂就会带来严重的后果。因此，汽车制造厂商以及维修公司应当分析汽车零部件的失效原因，探索有效的预防措施与改进方法，从而推动汽车行业的健康发展。
1.理化试验
1.1试验方法
本文所研究的试验材料是自卸车已经断裂的转向直拉杆，借助对应标准的体视显微镜实现对拉杆断裂位置的宏观观察，并使用全谱直读光谱仪分析转向直拉杆的主要化学成分。同时，试验人员需要切割断裂的转向直拉杆以实现取样操作，制取样品以后应当采用98N试验力开展专业的硬度测试。除此之外，还需要在光学显微镜下实现转向直拉杆的金相检验，并在扫描电子显微镜的帮助下实现对断裂面微裂纹的具体观察与分析。
1.2宏观观察
通过观察转向直拉杆的断裂面可以发现，直拉杆的中间部位有一定程度的弧形弯曲且断裂位置恰好处于该弯曲面的中间部位，而断裂部位与轴线的方向几乎呈垂直。值得一提的是，断裂部位的附近出现油漆脱落现象且锈蚀痕迹较为明显，而直拉杆的两端仍然可以看到黑色油漆。本文所研究的直拉杆外部直径为三十毫米，所采用的材料壁厚大约五毫米，通过分析锻炼部位的宏观形貌可以发现，断裂部位整体上凹凸不平且断口有大半区域处于锈蚀的状态，剩余区域的断裂口比较新鲜，这说明断裂口不同部位的形成时间有所区别，且新鲜断裂口部位形成的时间相对比较短，而锈蚀现象发生比较严重的部位断裂口形成时间比较长。依据断口的相关形貌特征，可以将断口分为三个区域，分别为断裂源区、裂纹扩展区以及最新断裂部位，而断裂源区大多处于直拉杆弯曲结构的内侧部位，最新断裂部位基本处于弯曲结构的外侧部位。除此之外，本文所研究的转向直拉杆具备脆性断裂的显著特种，并不存在碰撞现象。
1.3化学成分分析
通过结合原子发射光谱分析方法的相关文件可知，试验人员可以通过分析转向直拉杆的化学成分来加深对断裂部位的了解，并核实直拉杆的化学成分是否与行业标准相符。需要注意的是，该直拉杆的化学组成成分完全符合优质碳素结构钢的化学技术要求。
1.4硬度测试
实验人员通过结合金属材料的维氏硬度实验文件对对象直拉杆的端口进行硬度测试。结果显示，该直拉杆的断口硬度为185HV10，然后借助相关转换文件将维氏硬度换为布氏硬度，对应的布氏硬度值为178HB，完全符合相关的硬度技术要求。
1.5金相检验
试验人员结合金属显微组织检验方法文件实现对转向直拉杆的断口取样并进行相应的金相检验。实验结果表明，其纤维组织为铁素体与珠光体的结合体，完全符合退火态45鋼在显微组织方面的一些特征。
1.6断口分析
断口的形貌分析也能在一定程度上反映转向直拉杆的断裂部位特征，试验人员通常从三个区域的角度出发，对断裂部位的形貌进行分析。本文所研究的转向直拉杆第一个区域呈现出较为明显的台阶形貌且其表面比较平坦，每个台阶表面存在一定程度的疲劳弧线，裂纹源通常是处于台阶外表面箭头所指示的部位，对应的疲劳裂纹通常是由转向直拉杆的外表面逐步向内部扩展;第二个区域存在撕裂棱与解理台阶，具备一定的准解理转向直拉杆断裂形貌特征;第三个区域出现了比较显著的韧窝现象，其可以作为最后的瞬间断裂区域。
1.7微裂纹分析
通过对转向直拉杆断口的内侧部位分析发现，其靠近外表面的部位出现大量不同截面的微裂纹。而第三个区域周边管壁外表面的形貌上存在一定的锈蚀现象，但是没有发现微裂纹现象。试验人员又观察微裂纹沿管壁的扩展情况，发现该断裂部位的微裂纹整体上趋于平直状态，且其扩展方向与直拉杆轴向互相垂直。进一步分析微裂纹内部的物质可知，断裂纹内部所含的元素主要有铁和氧，说明氧化物广泛分布在微裂纹的内部。试验人员还对相关的试验图像进行分析，记忆发现转向直拉杆的端口内侧某些部位存在凹凸不平的情况且大都存在腐蚀坑，而微裂纹往往会顺着面积较大的腐蚀坑进行内部扩展。对于断口内侧的外表面来说，依然存在部分腐蚀坑形貌，试验人员在其内部发现了比较细微的微裂纹，且其仅仅扩展到断口的较浅部位。
2.分析与讨论
通过分析试验人员对转向直拉杆的理化检验结果可以得知，本文所研究的转向直拉杆所涉及到的硬度、化学成分以及显微组织均为正常。在所有金属构件中，出现混合杂质表面有孔洞以腐蚀坑等不连续缺陷是很常见的，而该类部位通常会成为疲劳断裂的源头。
作为一种非常常见的缺陷形式，腐蚀坑的存在会给金属表面带来应力集中现象。在反复的交叉载荷摧残下，腐蚀坑极易变为裂纹源，从侧面加快了疲劳裂纹的扩展速度，减少了金属构件的使用寿命，从而致使金属构件在使用早期就出现断裂现象。国内相关学者对腐蚀坑进行了比较全面的研究，结果表明腐蚀坑的深度与宽度会对疲劳裂纹的扩展说明产生比较大的影响。
针对转向直拉杆的断裂部位而言，一方面是由于直拉杆的表面存在油漆脱落的问题，而其内部的金属部分长时间与空气接触，致使直拉杆的表面受到腐蚀与氧化。另一方面，当汽车在道路上行驶时，转向直拉杆长时间会处于拉力与压力的交叉负荷作用下，特别是其中部弧形部位内侧所受到的应力最大。考虑到直拉杆弧形部位内侧存在一定的腐蚀坑，当该部位的应力达到了材料的疲劳强度极限时，就会产生微裂纹。随着时间的推移，裂纹会发生更多的扩展，导致转向直拉杆出现大面积的断裂现象，同时在环境的作用下出现锈蚀问题。
参考文献
[1]吴文祥，尚灿，廖冰.汽车转向直拉杆断裂原因分析[J].理化检验-物理分册，2016，52（11）：818-821.
[2]杨冬梅，肖武，董新权.汽车转向直拉杆断裂分析[J].汽车工艺与材料，2015，（4）：31-32.