汽车发动机引擎锁扣失效分析

　美信检测 失效分析实验室

  　1. 引言

　　某汽车配件生产公司的发动机引擎锁扣，材质为20#碳素钢，规格为φ8mm的圆钢棒料，用来调整引擎盖间隙。现场用木锤敲击样品来调整引擎盖间隙时发现钢筋内R角有裂纹，拆卸后发现已断裂，委托方提供的加工工艺为冷拉棒料→断料→冲压弯曲→CO2气体渗碳→真空淬火→回火(成品)，为了找出引擎锁扣断裂失效原因，从该批产品中取2个引擎锁扣进行分析，其中已断裂的引擎锁扣1个(NG样品)，正常的引擎锁扣1个(OK样品)。

　　2. 试验与结果

　　2.1 外观检查

　　通过体视显微镜可观察到NG样品断口较平整，无明显塑性变形，呈闪光小刻面形貌，断裂位置在内R角45°左右的平面，断口照片见图1;OK样品未R角位置发现明显异常，宏观照片见图2。 

　　2.2 断口分析

　　将NG样品断口用超声波清洗干净，然后在SEM下放大观察断口形貌，低倍下观察到断口内R角一侧边缘发现存在伴生裂纹，断口形貌见图3;高倍下发现断口存在明显河流花样，断口图片见图4。综上，断裂起源在内R角转折处，然后沿内R角45°方向扩展，断口表面清晰可见河流花样形貌特征，为脆性解理断裂模式。

　　2.3 成分分析

　　OK、NG样品先去镀层，再进行化学成分分析，结果表明OK、NG样品材质均为20#钢，NG样品碳含量偏高，推断可能受渗碳层厚度影响，不影响材料性能。

　　2.4 金相分析

　　NG样品和OK样品分别镶样，进行金相分析，NG样品和OK样品心部组织均为块状铁素体+低碳马氏体，渗碳层为针状马氏体+少量渗碳体，见图5和图6。

　　从图7、图8和表3可知，NG样品渗碳层厚度为委托方标准的2倍左右;OK样品渗碳层厚度合格。

　　2.5 硬度分析

　3. 结论

　　导致工件失效的主要原因为材料内部存在较严重组织不均匀，冲压弯曲后内应力较大，与后续渗碳淬火热应力共同作用形成的表面伴生微裂纹，使用中反复敲击后扩展，由于心部组织强度较低，导致裂纹迅速扩展，最终断裂。

　　作者简介：

　　MTT(美信检测)是一家从事材料及零部件品质检验、鉴定、认证及失效分析服务的第三方实验室,网址：www.mttlab.com,联系电话：400-850-4050。