【汽車座椅失效分析】座椅減震內(nèi)框斷裂原因分析

引言

汽車座椅通常剛性地固定在車身上，因此不平路面和發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)可以通過(guò)車身直接傳遞到座椅并作用于乘客身體上，從而影響乘客的乘坐舒適性。為提高乘員舒適性、減少乘員因共振而產(chǎn)生的傷害，各汽車廠家為此開(kāi)發(fā)出了減震座椅。此次失效品為斷裂的汽車座椅減震內(nèi)框，斷裂位置集中，為內(nèi)框靠近焊接處一側(cè)，需分析斷裂原因。

測(cè)試分析

1 外觀檢查

該失效件在靠近焊接處斷裂，斷面無(wú)明顯塑性變形，上下側(cè)斷裂面均可見(jiàn)一明顯分界線，為典型的雙向載荷作用下疲勞斷裂特征。中側(cè)斷面可見(jiàn)單向的裂紋擴(kuò)展，從斷口的裂紋發(fā)散形貌看，裂紋優(yōu)先起源于結(jié)構(gòu)件中側(cè)區(qū)域A的外邊緣，為點(diǎn)起源；斷口主起源區(qū)宏觀可見(jiàn)疲勞條帶，條帶間距較寬，結(jié)構(gòu)件在該擴(kuò)展階段受到較大的循環(huán)載荷作用。

圖1 減震內(nèi)框斷裂件斷口低倍圖

2 斷口分析

圖2為斷口未清洗SEM形貌。裂紋首先起源于結(jié)構(gòu)件區(qū)域A，沿?cái)嗔鸭袀?cè)單向擴(kuò)展，擴(kuò)展至區(qū)域C后裂紋開(kāi)始沿厚度方向雙向疲勞擴(kuò)展。裂紋起源區(qū)表面形貌局部被磨損破壞，如圖2-A所示。中側(cè)裂紋擴(kuò)展區(qū)可見(jiàn)疲勞輝紋，疲勞擴(kuò)展方向呈單向延伸，如圖2-B～C所示。

圖2 試樣2斷口典型SEM形貌

3 金相分析

圖3為試樣1的2#和試樣2的1#焊接截面微觀圖。1#焊接截面靠近焊核區(qū)的組織為非均勻鐵素體，部分鐵素體晶粒粗大；焊合區(qū)為鐵素體魏氏組織，鐵素體針較長(zhǎng)，組織粗大；遠(yuǎn)離焊合區(qū)為鐵素體+珠光體組織。2#焊接截面斷口靠近焊合區(qū)，其斷裂面組織為鐵素體，晶粒較細(xì)；遠(yuǎn)離焊合區(qū)組織為鐵素體，且該位置厚度方向晶粒不均勻，心部鐵素體晶粒較邊緣鐵素體大。

圖3 焊接截面微觀圖

4 成分分析

試樣1的化學(xué)成分符合EN 10130-2006中DC01（ST12）牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)成分要求；試樣2的化學(xué)成分符合GB/T 700-2006中Q235鋼牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)成分要求。

表1 減震內(nèi)框基體與焊接件成分結(jié)果

5 硬度測(cè)試

表2～3為基體硬度以及焊接區(qū)橫截面硬度結(jié)果。由表可知，焊合區(qū)硬度高于母材及熱影響區(qū)，熱影響區(qū)硬度值均高于母體。

圖4 試樣1與試樣2焊接示意圖

表2 試樣1橫截面硬度測(cè)試結(jié)果

表3 試樣2橫截面硬度測(cè)試結(jié)果

6 拉伸測(cè)試

由拉伸測(cè)試結(jié)果可知，帶焊接位置的試樣1的斷裂位置均在母材斷裂，非焊接位置以及靠近焊接位置的熱影響區(qū)強(qiáng)度高于母材。

結(jié)論

（1）減震內(nèi)框斷裂模式為疲勞斷裂；

（2）斷裂位置存在較高的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中是斷裂失效的主要原因。

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