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黄铜材料的火花塞衬套开裂,原因竟是残余应力过大?

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黄铜材料的火花塞衬套开裂,原因竟是残余应力过大?

发布日期:2021-06-15 作者: 点击:

  一、试验方法

  采用OBLF直读光谱仪对产生裂纹的衬套进行化学成分分析;采用Zeiss Axio金相显微镜进行金相检验,用线切割的方法截取样品。采用配备有X射线能谱仪的Zeiss EVO18扫描电子显微镜对裂纹进行显微观察和微区成分分析。

  二、试验结果

  2.1 化学成分测试

  用直读光谱检测衬套化学成分,结果见表1。符合GB/T 1176—2013《铸造铜及铜合金》要求。

  2.2 宏观观察

  衬套有两条裂纹,从衬套台肩沿轴向向下延伸,裂纹较平直,近乎平行,台肩倒角部位残留有绿色密封胶。裂纹向台肩内侧延伸并逐渐变窄,说明裂纹起源于台肩外壁处,并向下和向内扩展。

  2.3 微观观察

  通过电镜扫描,可以看到靠近衬套外表面有一层絮状物。并且可以看出整个裂纹断口显示为脆性断裂:冰糖状沿晶断裂,少量部分穿晶,且晶界有腐蚀产物及细小腐蚀坑,腐蚀产物主要含O、Cu、Zn、Al。人为撕裂的新鲜断口抛物线型韧窝断裂,且韧窝清晰、洁净,断裂形貌正常,原始断口可见沿轴向的层片状条带。

  沿轴向研磨、抛光、腐蚀,观察裂纹及金相组织情况。裂纹呈不规则连续状,有分叉、尾部较尖锐呈树枝状,与应力腐蚀裂纹的典型特征相吻合,因而我们初步判定该裂纹是应力腐蚀裂纹。金相组织为α相+极少量点状β相,且组织中有明显的滑移线,裂纹衬套带状组织明显。

  2.4 有限元分析

  衬套为过盈配合,过盈量:0.069~0.100mm,有限元分析衬套装配应力(未安装火花塞),可见在衬套台肩上方外壁与倒角外壁处和细颈内表面的拉应力较大,与实际裂纹起源位置一致。衬套细颈内表面拉应力虽然较大,但无密封胶,无应力腐蚀条件。

重庆衬套

  三、结论与分析

  衬套毛坯在工艺温度650~800℃热压力加工成形后,放置在空气中,自然冷却至室温。资料中介绍:所有黄铜在200~700℃之间均有一个脆性区,热压力加工温度应不低于700℃。下限温度偏低,材料容易产生开裂倾向;毛坯成形难度增加,残余应力较大。

  衬套在机械加工过程中,与刀具频繁接触、受力,尺寸发生变化,必然产生一定数量的残余应力;数控机床精加工使用的切削液含有S、卤族元素等添加剂,使得衬套在一定时间内处在潮湿、腐蚀环境中。

  衬套与缸盖之间是过盈配合,压力装配后,在衬套台肩上方外壁与倒角外壁处产生了较大的拉应力;装配时涂在衬套台肩处的密封胶基料为甲基丙烯酸酯,含有氨基催化剂,为衬套提供了弱腐蚀工作环境。缸盖进行水压密封试验时,衬套台肩外壁处受力,产生裂纹并迅速扩展;衬套细颈内表面拉应力虽然较大,但未接触密封胶,应力腐蚀条件差。

  四、结束语

  1)衬套裂纹机制为应力腐蚀沿晶脆性开裂。

  2)衬套裂纹集中出现在某月份,之前未出现批量裂纹故障,通过以上分析,确定衬套存在批次质量问题,衬套加工过程中残余应力过大,导致衬套在装配后附加拉应力及密封胶(或加工过程中切削液)弱腐蚀环境下发生应力腐蚀开裂。


本文网址:http://www.lj-bearing.com/news/605.html

关键词:衬套,重庆衬套

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