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1、Journal of Yunnan Un iversity汽 车 发 动 机 风 扇 叶 片 断 裂 分 析 斌 1) 王开云 2)李( 1) 云南省分析测试中心 ,昆明 ,650051 ;2) 昆明师范高等专科学校物理系 ,昆明 ,650031)摘要 通过对断裂叶片的宏观 、 微观分析而找出叶片断裂原因 ,为生产工艺改进提供依据 .关键词 叶片 ,断裂 ,分析分类号 TB302 . 5某汽车厂生 产 的 发 动 机 风 扇 因 风 扇 叶 片 断 裂而发生打坏发动机的事故 ,风扇叶片是在高速旋转 时发生断裂的 ,最初断裂的叶片使高速旋转中的其 它 叶片被搅断 ,并 打 坏 发 动 机 的 水
2、 箱 散 热 片 ,要 求 对其分析查找原因 .艺过程如下 :剪切 冲压成型 铆接风扇总成 装配 .检测结果表明 :装配情况正常 .1 . 2 化学成分分析结果见附表 ,分析结果化学成分合 格 1 .1 . 3 断口分析(1) 仪 器 设 备 : 日 本 岛 津 公 司 EPMA - 8705型电子探针( 2 ) 实 验 条 件 : 加 速 电 压 : 2 0 KV , 束 流 :0 . 20 nA .实 验 与 方 法11 . 1 结构检测该 汽车风 扇 叶 片 的 用 材 为 YL 12 铝 合 金 , 其 工附表 风扇叶片化学成分Tab. Chemical co mpostio n of
3、 fan vane %Cu Si Mg Mn Bu Zn Fe 其它杂质GB3190282YL 12实测结果单个 0 . 50合计 0 . 103 . 8 4 . 0 1 . 2 1 . 0 0 . 30 0 . 9 0 . 10 0 . 50 0 . 30 0 . 504 . 21 0 . 38 1 . 71 0 . 64 0 . 03 0 . 10(3) 宏观 观 察 : 断 裂 风 扇 叶 片 共 2 付 ,一 付 断裂 一片 ,一付断 裂 三 片 ,如 图 1 所 示 . 可 看 出 ,裂 纹 均 穿过叶片中部的冲压变形区 ,其 中 断 裂 三 片 的 一 付中的一片与 断 裂 一 片
4、 的 都 存 在 裂 纹 穿 过 时 形 状较 规则 ,该叶片宏观变形量小 ,断 口 平 齐 ,裂 纹 起 源 于中间的 变 形 台 阶 处 , 有 的 该 处 颜 色 因 氧 化 而 发 暗 ,甚至有油漆 渗 入 的 痕 迹 ,说 明 该 处 较 早 即 已 开 裂 ,可能在装配 上 漆 前 裂 纹 即 已 形 成 ,并 由 此 而 扩 展 ,有较为明显的疲劳弧线 ,最 后 瞬 断 ,图 1 中 箭 头所 指即是最先疲劳断裂的叶片 ,其 余 叶 片 都 有 较 大 的 宏观变形 ,断口粗糙不平 ,又 由 于 叶 片 很 薄 ,从 宏 观 对裂纹走向的判断存有困难 ,但 大 致 可 看 出 裂
5、 纹 起 源于叶片两侧 ,其余二片根据 其 宏 观 变 形 纽 曲 断 裂推断其应为断裂叶片将其搅断的 .图 1 样品原貌Fig 1 . The sample of f ract ure vane 1998202226 收 稿物理学专辑 李 斌等 :汽车发动机风扇叶片断裂分析 155(4) 用电镜对断口进行形 貌 观 察 : 疲 劳 裂 纹起 源处肉眼看 颜 色 较 暗 ,为 氧 化 物 所 覆 盖 ,经 除 锈 后 在电镜下观 察 ,可 以 看 到 韧 窝 状 形 貌 ,如 图 2 所 示 ,说明该处没 有 经 过 疲 劳 过 程 ,而 是 在 此 之 前 即 存在裂纹 ,并最 终 形 成
6、裂 纹 源 ,同 时 对 疲 劳 区 的 观察结果表明 ,疲 劳 裂 纹 极 为 细 密 ,说 明 裂 纹 扩 展 速 度 很慢 ,而最后的瞬断区面积 很 小 ,为 韧 窝 状 形 貌 ,这一切都进一 步 说 明 叶 片 是 经 历 了 很 长 的 疲 劳 过程 最后才断裂的 2 . 对其它一次性 断 裂 叶 片 多 处 取样分析 ,断口 开 始 均 为 等 轴 韧 窝 ,而 后 面 的 小 部 分 为剪切韧窝 3 ,如图 3 所示 ,未发 现 疲 劳 特 征 ,这 与该叶片在高 速 旋 转 中 突 然 受 阻 而 断 裂 的 受 力 情 况一致 .图 2 韧窝状形貌Fig 2 . The s
7、urface of t he f ract ure vane图 3 剪切韧窝形貌Fig 3 . The cut of t he f ract ure vane1 . 4 超声波探伤由以上断口分析可看出 ,叶片断裂应与其冲压 变形即存在的原始裂纹有极大关系 ,因此有必要了解叶片生产现场 ,从生产现场冲压成形的叶片外观看 ,冲压变形的边缘区有明显成度不等的擦伤和变 形 痕迹 ,但无法 用 肉 眼 观 察 到 是 否 有 裂 纹 的 存 在 , 为 此取 20 片进 行 超 声 波 探 伤 ,超 声 波 探 伤 认 定 有裂纹的根据是冲压变形边缘区有较高的反射波峰 , 但又因该区粗糙度较大 ,每个样
8、品都有高度不等的 反 射波峰 ,因此 须 由 操 作 者 凭 经 验 判 断 ,有 必 要 作 进一步的验证 ,将一片探伤认为有裂纹的叶片在电 镜 下对裂纹区 进 行 观 察 ,可 以 看 到 裂 纹 是 存 在 的 ,如图 4 所示 ,由此说明裂纹确实存在于冲压变形的 边缘 . 有裂纹的叶片约占总数的 15 %.图 4 裂纹形貌Fig 4 . The crack of f ract ure参 考 文 献结 果 与 讨 论2上海市机械制造工艺研究所 . 金相分析技术 . 上海 :上海市科学技术文献出版社 ,1987 . 52 55王世 炎 , 破 断 故 障 金 相 分 析 . 北 京 : 国
9、 防 工 业 出 版 社 ,1979 . 32 35陈虎 . 金属断裂研究文集 . 北京 :冶金工业出版社 ,1978 .18 20(下转第 158 页 )1综上所述 ,叶片的断裂是由于在冲压过程中使部分叶片在冲压变形区就造成裂纹的存在 ,在使用 过程中由此裂纹源扩展形成疲劳断裂 ,然后再搅断 其它叶片 . 而在冲压中形成的裂纹主要是由于模具 设 计不当 ,使叶 片 与 模 具 间 摩 擦 力 太 大 ,叶 片 变 形 不 均 而 因 起 裂 纹 的 . 因 此 须 对 模 具 及 工 艺 进 行 修 改 .23云南大学学报 (自然科学版 ) 第 20 卷158图 5 断裂点Fig 5 . T
10、he split part of t he pipe图 6 断裂形貌Fig 6 . The shape of t he split t he pipe pipe参 考 文 献1 西北工大 . 有色金属锻造 . 北京 :国防工业出版社 ,1979 . 58 612 候公伟 ,李海宾 ,张传历 ,等 . 有色金属材料失效 100 例 . 北京 :机械工业出版社 ,1990 . 82 853 肖纪美 . 材料的应用与发展 . 北京 :宇航出版社 ,1981 . 83 854 洛阳铜加工厂 . 铜及铜合金金相图谱 . 北京 :冶金工业出版 ,1983 . 23 25U se Oil of Vapo r
11、izatio ns Oil Pipe Fract ure AnalysisLi Bin( 1) Yunnan Province Analytic And Testing Inslitate ,650051 , Kunming , PRC ;Li Haiyan2) Depart ment of Physics , Kunming ,J unier Noro nal College 650031 , Kunming , PRC)Abstract Apply elect ro r p ro be microanalyzer and X2ray energy2dispersive spect ro m
12、eter analysis of f rac2t ure oil pipe ,discover oil pipe split seat and analysis f act ure cause .Key words Vapo rizatio n ,oil pipe ,f ract ure ,analysis3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3(上接第 155 页 )Mo to rs Fan Vane of Auto mo bile Fract ure AnalysisLi Bin1) Wang Kaiyun2)( 1) Yunnan Pro
13、vince Analytic And Testing Institate , Kunming , PRC ,650051 ;2) Depart ment of Physics , Kunming ,J unier Normal College , Kunming 650031)Abstract By way of o bserving f ract ure vanes f ract ure cause ,co nt ribute of scientific basis imp roving tech2nolo gical p ro duce .Key words Vane ,f ract ure ,analysis
