金属断口分析技术在汽车检测中的应用

张智

摘 要 某载货汽车在实际使用过程中发生了油箱拉带断裂的现象，从而造成油箱脱落，导致严重的车毁人亡交通事故。利用金属断口分析技术对油箱拉带的断口进行金相分析和宏观断口形貌分析，并结合油箱拉带的制造技术要求，从而得出油箱拉带断裂的原因。油箱拉带在制造过程中经剪切而成，其吊耳处边缘部位粗糙且存有微裂纹，再加上厚度达不到要求，强度明显降低，不断承受作用力使裂纹逐渐扩展导致拉带断裂，油箱拉带断裂属产品制造质量缺陷所致。

关键词 油箱拉带；金属断口分析；金相分析；宏观断口

中图分类号 U46 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0000-00

1 断口分析理论

试样或构件断裂后形成的断面称为断口。断口上详细记录了断裂过程中内外因素的变化所留下的痕迹与特征，是分析断裂过程和机理的重要依据[1]。因此断口分析是失效分析中的一个极其重要的手段。

典型的疲劳破坏断口有3个区域，按照断裂的过程来分，依次是疲劳源、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区[2]。其中疲劳源是疲劳破坏的起点。裂纹扩展是疲劳源在力的作用下扩张、长大的过程。由于疲劳裂纹不断扩展，使试样或构件的有效断面逐渐减小，应力不断增加，导致瞬时断裂，最后断裂区也称为瞬时断裂区。

2 油箱拉带断裂原因分析

2.1 现场勘验情况

1）发生油箱拉带断裂的载货汽车停放于内蒙古呼和浩特市某处大院内。该载货汽车柴油箱安装于车辆右侧中前部车架，无其他托架及防护网（见图1）。

该油箱的直径为700mm，长度为890mm。油箱盖、延伸管、传感器已掉落，油箱油口处有凹陷现象？（见图2）。

2）油箱拉带呈弧状，无变形，油箱前后拉带上部挂环后耳断裂（见图3）。油箱拉带厚度（带漆皮）1.35mm，宽度75mm。根据油箱拉带的印痕，可以看出油箱拉带安装位置距油箱两端距离分别为150mm和100mm。

2.2 油箱拉带技术指标

载货汽车厂提供断裂油箱拉带的技术要求

1）A08M-23.1-2004《冷轧钢板及钢带技术条件第1部分：冷冲压用钢板及钢带》。

2）拉带技术图纸（δ1.5？St12）。

2.3 油箱拉带检验情况

1）根据油箱拉带技术图纸（δ1.5？St12），油箱拉带材质牌号应为St12，油箱拉带厚度应为1.5mm。

2）对货车油箱拉带进行检验，检验情况如下：

（1）检验依据：油箱拉带的技术要求A08M-23.1-2004《冷轧钢板及钢带技术条件第1部分：冷冲压用钢板及钢带》。

（2）检验项目：厚度、力学性能。

（3）检验结果。

2.4 金相分析及宏观断口形貌观察分析

将油箱拉带断口分别制成A、B试样（见图4），进行金相分析及宏观断口形貌观察分析。

2.4.1 金相分析

金相分析是一种利用金相显微镜研究金属和合金内部组织及缺陷的重要方法[3]。将A、B试样去掉边缘变形部位，进行磨制/抛光、腐蚀，在光学显微镜下观察。观察结果：金相组织为铁素体+球状珠光体，正常球化退火组织[4]（见图5）。

2.4.2 宏观断口形貌观察分析

通过体式镜放大20倍和50倍，分别观察A、B试样断口（见附件图6～11）。A试样代表的钢带断裂时起源于钢带边缘（见附件图6、7、8）。从图7中明显观察到裂纹扩展条纹，条纹的收敛端位于钢带边缘（见图7箭头所指位置）[5]。

2.5 分析说明

1）从检验结果来看，力学性能基本符合材质牌号为St12的要求。但厚度不符合要求，油箱拉带的强度明显降低。

2）从宏观断口形貌来看，钢带断裂时起源于钢带边缘，裂纹逐渐扩展导致钢带断裂。

3）钢带经剪切而成，边缘部位粗糙且存有微裂纹。

4）货车在行驶过程中，油箱拉带由于没有锁紧装置，受力更为严重。现场勘验表明，受力主要集中在拉带吊耳处，该处是承受力最薄弱处，而且拉带吊耳处边缘部位粗糙，存有微裂纹，加之厚度达不到技术要求，强度明显降低，使裂纹逐渐扩展最终导致拉带断裂。

3 结论

根据现场勘验情况，利用金属断口分析技术对油箱拉带断口进行分析，得出油箱拉带断裂的原因，即油箱拉带在制造过程中经剪切而成，其吊耳处边缘部位粗糙且存有微裂纹，再加上厚度达不到要求，强度明显降低，不断承受作用力使裂纹逐渐扩展导致拉带断裂，油箱拉带断裂属产品制造质量缺陷所致。

参考文献

[1]张帆，郭益平，周伟敏.材料性能学[M].2版.上海：上海交通大学出版社，2014：100-120.

[2]殷之平.结构疲劳与断裂[M].西安：西北工业大学出版社，2012：5-12.

[3]赵峰.金属材料检测技术[M].长沙：中南大学出版社，2007：63-74.

[4]王淳浩，梅冰松，来剑戈，等.断口宏观分析技术在道路交通事故检验鉴定中的应用[J].警察技术，2011，3：53-55.

[5]于斌，靳庆臣.金属断口宏观形貌几何特征定量测量及分析[J].有色金属，2010，3：1-5.