减振器前叉管断裂原因分析..docVIP

减振器前叉管断裂原因分析 张全新 （重庆钢铁研究所有限公司，重庆 400084） 摘 要：本文通过对摩托车减振器前叉管的化学成分、硬度、断口形貌及金相组织进行检验和观察，分析和讨论了前叉管的断裂性质及原因，从而得知该摩托车减振器前叉管的断裂是材料中存在严重的非金属夹杂物所导致的疲劳断裂。 关键词：前叉管；非金属夹杂；疲劳断裂 Fracture Analysis of the Shock Absorber Front Fork Tube ZHANG Quan-xin （Chongqing Iron and Steel Research Institute Co.Ltd., Chongqing 400084,China） Abstract：the cause and the crack nature of the front fork tube by means of the tests of motorcycle front fork tube shock absorber of the chemical composition, fracture morphology, hardness and metallurgical structure. Then it came to know that the crack was caused by the fatigue fractures which there were more serious non-metallic inclusions in the material. Key words：front fork tubeNon-metallic inclusions；Fatigue fracture 1 引言 摩托车前叉管又称活塞杆，是摩托车前减振器的一个重要零部件，某摩托车制造厂采用规格为Φ31mm×Φ24mm的冷轧45钢管制造的125型摩托车减振器前叉管在服役较短的时间后就发生了断裂。受该制造厂委托，我们对断裂的减振器前叉管进行了化学成分分析、硬度测试、断口形貌观察和金相组织高倍检验，分析和查明该前叉管发生断裂的真正原因。 2 理化检测 2.1 成分分析 在前叉管断裂部位截取试样，使用德国SPECTRO LAB直读光谱仪对其材质进行分析，测得化学成分如表1所示。 表1 45钢前叉管的化学成分（质量分数） Tab.1 Chemical composition of 45 steel front fork tube（mass） 元素 C Si Mn P S Cr Ni Cu 实测值/% 0.48 0.22 0.66 0.012 0.004 0.11 0.06 0.09 标准值/% 0.42-0.50 0.17-0.37 0.50-0.80 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.25 2.2硬度测试 在前叉管的断裂部位截取两个试样，分别为横向（1号）和纵向（2号）试样，使用HR-150A洛氏硬度计检测其硬度值，每个试样在三个不同的试面区域进行检测，结果见表2所示。 表2 前叉管的硬度 Tab.2 Hardness of front fork tube 试样 硬度值/HRB 1号试样 94.0 94.5 94.5 2号试样 94.0 94.5 94.0 标准值 ≥92.0 2.3 断口观察及金相高倍检验 为了便于清晰地观察前叉管的宏观断口形貌特征，以确定失效断裂的性质，我们对该前叉管已锈蚀的断口采用高锰酸钾溶液进行除锈处理，使用六次甲基四胺和无水乙醇清洗并快速吹干，即可还原宏观断口原貌，如图1所示。从图中可以看出，断裂源产生于前叉管外表面，贝壳状疲劳弧带围绕断裂源凸起，并逐渐向钢管内部发展，显示裂纹扩展方向，呈现出典型的疲劳断口形貌特征，如图1箭头所示。然后，我们对断裂部位的横向和纵向试样进行金相高倍检验，发现两个试样的非金属夹杂物级别均较高，根据非金属夹杂物的取样方向要求，我们对纵向试样按照GB/T 10561-2005标准ISO评级图进行了非金属夹杂物的评定，其级别为：B类夹杂1.5级，D类夹杂3e级。其中B类夹杂平均厚度约8μm ，D类夹杂较粗大，平均直径约12μm，最大颗粒直径为16μm，如图2所示。横向和纵向试样经4%硝酸酒精溶液侵蚀后，在OLYMPUS GX71金相显微镜下进行观察，其金相组织未见异常，均为块状铁素体加珠光体组织，其晶粒未见粗大，见图3、图4所示。 3 分析讨论 45钢是机械制造行业应用比较广泛的结构件材料，根据机械的服役环境和材料的受力状况，摩托车制造业一般采用45钢制造摩托车减振器前叉管。从以上我们对断裂失效的减振器前叉管的检测情况来看