歸納冷卻器臺架實驗斷裂失效問題

 
 
本文針對340021-01EGR冷卻器臺架實驗斷裂失效問題，分別從斷裂裂紋及斷口形貌、釬焊結構應力-應變特點和斷裂部位金屬學特點等方面進行了分析研究，并對提高產品疲勞壽命的途徑進行了探討，結論如下：
1.對臺架實驗斷裂件進行了宏觀裂紋分析及斷口分析。裂紋宏觀分析表明斷裂多發生在釬焊圓角根部，裂紋沿釬焊圓角根部萌生和擴展；在斷口形貌中發現了疲勞輝紋，說明產品的失效形式為疲勞斷裂；根據疲勞輝紋的間距以及斷口中的輪胎花樣判斷具體失效模式為高應力低周疲勞斷裂；沿疲勞弧線和疲勞臺階的方向找到了位于管壁外側的疲勞源，說明斷裂是從管壁外側開始的，管壁外側存在的多疲勞源也是低周疲勞失效斷口的特征之一。


2.針對冷卻器芯體工作過程中所承受的振動疲勞載荷，對芯體釬焊結構簡化模型進行了靜態加載應力-應變分析，結果顯示，對于X、Y、Z三個方向的加載，應力集中部位均出現在釬焊圓角根部，且垂直于冷卻管軸線方向的加載使釬焊圓角部位應力集中，實際測得的應力值接近于304L不銹鋼焊后的屈服強度和釬焊接頭中化合物相的抗拉強度，說明振動過程中釬焊圓角根部產生的應力集中是引起釬焊接頭疲勞失效的力學因素。

3.對BNi-5釬焊不銹鋼304L接頭中釬焊圓角根部的X射線衍射結果及根部組織各相成分的能譜分析表明，在釬焊圓角部位生成了固溶體和復雜的化合物相，主要為硅化鎳和鎳鉻硅化合物相；對冷卻器芯體釬焊接頭斷裂金屬學特點進行分析表明，斷裂是從管壁外側向內發生的，裂紋在釬焊圓角根部的化合物相（硅化鎳和鎳鉻硅化合物相）中萌生和擴展，說明釬焊圓角根部的化合物相是引起疲勞斷裂的主要冶金因素，釬焊接頭中存在的顯微裂紋也可能成為引發疲勞斷裂的疲勞源；另外，由于釬焊溫度過高，母材的溶解以及晶粒的長大也將造成疲勞壽命的下降。
4.從冷卻器芯體結構、釬焊工藝以及材料方面探討了提高釬焊接頭斷裂疲勞壽命的途徑。在芯體結構改進方面，對不同冷卻管直徑和管壁厚度模型進行了加載應力計算，結果說明，適當增加冷卻管的直徑和管壁厚度均可以降低釬焊圓角部位的應力集中效應，減少斷裂發生的可能性；實驗證明通過改變釬焊工藝來提高冷卻器的振動疲勞壽命是不可行的；在材料改進方面，對一種低熔點釬料XHBNi-5進行了實驗研究，X射線及能譜分析表明，釬焊圓角組織主要為鎳基固溶體、鎳鉻磷化合物及兩者共晶相。對新釬料所做的實驗表明，該釬料具有優越的流動性和潤濕性，對母材溶解量小，母材晶粒長大程度小，強度下降少。另外用XHBNi-5釬料釬焊的冷卻器仿真件通過了振動和冷熱沖擊的可靠性試驗，說明新釬料具有實際應用的前景。http://www.zhensuchem.com