失效案例：铝型材开裂原因分析

2021-01-04 10:35:21 作者：本网整理来源：机械装备缺陷与失效分析分享至：

情况说明

某地铁生产用铝合金车体底架边梁型材在机加工过程中，出现批量性型材板翼板端部位置出现贯穿性裂纹（见图1），该型材翼板系地铁车下设备安装的承载部位，裂纹的存在对列车运行具有相当的安全隐患。针对上述问题，对型材的原材料理化性能、断口进行了分析，并结合机加工工艺，查明型材开裂的原因，为防止今后发生类似问题提供了科学依据。

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断口宏观观察

开裂边梁型材断口宏观形貌见图2，断口呈现双面多源开裂特征（疲劳源见图中型材表面小箭头处），可见交变应力条带，裂纹扩展方向由翼板根部表面向板厚中心扩展（见图中断面上小箭头处），板厚中心为最终断裂区，断口右侧为取样时人工扳断区。

断口SEM分析

对边梁型材断口进行扫描电镜断口分析，断口经酒精超声波清洗后，采用EV0-18扫描电子显微镜（SEM）观察边梁断口形貌，断口低倍形貌见图3a，可见断口经过反复挤压的擦伤痕迹；疲劳源区SEM形貌见图3b，可见轮胎花样疲劳特征；疲劳扩展区SEM形貌见图3c，可见疲劳条带及平行于疲劳条带的二次裂纹形貌；最终断裂区SEM形貌见图3d，可见严重的挤压擦伤及次生裂纹形貌。

挤压焊缝检验

对边梁型材依据TB/T3260.4-2011《动车组用铝及铝合金第4部分：型材》进行扩口试验，边梁型材设计焊缝位置及实际焊缝位置见图3，边梁型材扩口试验试样见图4。结果表明型材的挤压焊缝不存在焊合不良现象。

化学成分分析

使用ARL4460直读光谱仪，依据GB/T7999-2015《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》对边梁型材进行化学成分分析，测试结果见表1。

结果表明边梁型材的化学成分均符合EN573-3-2013《铝和铝合金锻制产品的化学成份和形式第3部分：化学成份》标准中6005牌号铝合金化学成分技术要求。

力学性能测试

使用CMT5205-微机控制材料试验机，依据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分室温试验方法》对边梁型材进行拉伸性能检测；使用WE-100液压万能试验机，依据GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方法》对边梁型材进行弯曲性能检测，检测结果见表2，边梁型材力学性能测试试样见图5。

结果表明边梁型材的拉伸性能与弯曲性能符合EN755-2-2016《铝和铝合金挤压杆材/棒材、管材及型材第二部分：机械性能》标准中6005牌号铝合金技术要求。