程振兴孙春光
长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心河北保定071000
摘要：某款车型在路试试验过程中控制臂发生断裂，通过对故障件电镜分析、化学元素分析及板材力学性能分析，确定控制臂制造缺陷造成疲劳断裂。
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关键词 ：疲劳断裂；断裂；制造缺陷；断口分析
在经济飞速发展的今天，不少人已经有了自己的爱车，我们在享受它给我们带来便利的同时，也不得不面对它给我们带来的一系列问题。比如，行车异响、漏油、断裂，NVH 等这通常是典型的制造过程中的缺陷所引起，而最终引起顾客的抱怨和汽车市场上的负面影响；下面我们介绍一种汽车上的控制臂由于制造过程中的缺陷导致的失效，而进行的具体原因分析和过程控制整改的经验。控制臂一侧通过螺纹连接与副车架或车架连接，另一侧通过球销连接，承受着簧上质量及来自路面的冲击。同时控制臂控制着车轮的行驶轨迹及运动姿态，为整车关键零部件，失效后整车行驶过程中操稳性下降，行车异响，甚至无法控制车轮按照驾驶人员意愿行驶，造成交通事故。
针对某款车型控制臂断裂分析如下：
1 化学元素分析
从失效件本体上取样进行化学元素分析，分析结果见表1，根据分析结果可知，控制臂所用材料化学元素满足标准要求。
2 力学性能分析
由于摆臂结构导致无法在失效件本体上取样进行拉伸试验，在与失效件同批次板材上取样，进行拉伸试验，试验结果见表2，根据试验数据可知，板材性能满足标准要求。
3 断口宏观分析
通过宏观断口（如图1）观察发现，部分断口存在锈蚀，且两端断面及孔断面较为平齐，其他部分断面呈高低不平的曲面，其中摆臂直边部位的断裂曲面成45毅方向，主要受到弯曲与上下跳动的剪切力产生，此位置为控制臂断裂的源区，仔细观察源区可以发现，控制臂翻边根部已有裂纹存在(如图2），并与断口垂直，从裂纹发展的规律可以知道，次裂纹先于断裂形成，为成型时产生。
4 断口微观分析
断裂源区的微观形貌如图3、图4 所示，可以看到源区较为平坦，有疲劳辉纹，图5 为裂纹扩展区形貌。由于摆臂在运动时受到拉力、压力、剪切力，弯曲扭转等，受力较复杂，裂纹扩展也较为复杂，图6 为裂纹以扭转的形式形成的断口形貌，断面存在轻微腐蚀，裂纹以穿晶形式发展，原始裂纹内充满疑似电泳液物体，材料内存在针孔。
5 金相分析
在断裂源区横截面制成金相试样在显微镜下观察，轴套安装孔根部及控制臂翻边根部均存在裂纹，基体组织为铁素体及少量珠光体，孔根部角度接近直角，翻边的根部出现褶皱，且材料存在较多的球状类氧化物夹杂与针孔。
6 分析结论
材料化学元素及力学性能满足标准要求，但从金相分析结果可以看出，材料的夹杂物严重，且存在针孔，对板材的性能势必会产生影响。由于控制臂轴套安装孔根部及控制臂翻边根部接近90毅，成型时此处过度变形而形成裂纹，导致此位置应力集中，汽车行驶过程中，控制臂产生的应力值超过了材料本身的许用应力，在长期的载荷作用下，裂纹沿控制臂原始裂纹扩展，直至控制臂发生疲劳断裂。
7 经验总结
汽车上的任何一个零部件的失效问题都会给整车的品质和市场上的顾客带来负面的影响，因此需要我们在产品设计和制作过程中的工艺规划，一定要以整车高品质为目的的造车理念，去生产和制造每一个产品，才能更好的把握市场；因此通过分析以上控制臂的断裂失效，总结出以下几点经验进行分享：淤造成控制臂断裂的主要原因为其本身存在制造缺陷，导致缺陷位置应力集中，所以需要加大缺陷位置的R 角，不但可以消除缺陷，还可以降低产品本身的应力值。于产品结构上增加断面的截面面积，增加产品的强度。盂加强原材料的检验与库存防护要求，提高板材的质量。
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参考文献：
[1]杨学桐.金相检验[M].上海：上海科学普及出版社，2003.
[2]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1992.
[3]孙智.失效分析基础与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
作者简介：程振兴，男，供职于长城汽车股份有限公司底盘研究院。