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汽車發動機缸蓋開裂失效分析
摘要：
本文通過斷口分析、金相分析、化學成分分析，認為造成發動機缸蓋失效的原因為：缸蓋內部存在較多沙孔氣孔，且大量的第二相組織沿晶界析出，在受力條件下從易應力集中的火花塞孔邊緣的氣孔起源，裂紋沿偏析的第二相晶界擴展，最終導致油水互滲。
關鍵詞：
斷口分析，金相分析，失效分析，發動機缸蓋
案例正文
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1. 引言
某汽車配件生產公司的發動機缸蓋，材質為AlSi6Cu4鑄鋁，發動機缸蓋在使用過程中，在火花塞孔位置發生開裂現象，造成油水混合。
2. 試驗與結果
2.1 外觀檢查
通過肉眼可清晰觀察裂紋起源于火花塞孔邊緣，向兩側擴展，裂紋形貌呈波浪形。
圖1 失效樣品外觀
2.2 斷口分析
斷口表面呈嚴重氧化色，且起源區可觀察到尺寸較大的沙孔；通過EDS分析各個不同形貌的位置，發現各個位置的成分有較大差異，Cu、Si、Fe、Mn等合金元素存在不同程度的偏析。
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| 圖2 分解后的裂紋形貌 | 圖3 裂紋起源區 |
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| 圖4 起源區高倍形貌1 | 圖5 起源區高倍形貌2 |
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|
| 圖6 EDS測試位置圖 |
表1 EDS測試結果
| 譜圖 | C | O | Mg | Al | Si | Cl | Ca | Mn | Fe | Cu | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 35.6 | 8.6 | 0.3 | 23.6 | 24.5 | / | / | 1.2 | 6.0 | 100.0 | |
| 2 | 45.0 | 9.4 | 1.2 | 15.0 | 7.6 | 0.6 | 1.3 | / | 1.9 | 18.0 | 100.0 |
| 3 | 32.6 | 6.3 | / | 36.2 | 24.9 | / | / | / | / | / | 100.0 |
2.3 金相分析
從金相觀察圖可知，心部存在較多沙孔（黑色），斷口位置與心部位置組織均為白色枝晶狀α固溶體+灰色塊狀共晶Si+淡灰色Al2Cu+黑色的β相，晶界析出第二相約占總面積的30%，且含有較多 Al2Cu和β相，存在組織偏析現象。
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| 圖7 斷口位置金相圖1 | 圖8 斷口位置金相圖2 |
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| 圖9 心部位置金相圖1 | 圖10 心部位置金相圖2 |
3. 結論
缸蓋內部存在較多沙孔氣孔，且大量的第二相組織沿晶界析出，在受力條件下從易應力集中的火花塞孔邊緣的氣孔起源，裂紋沿偏析的第二相晶界擴展，最終導致油水互滲。
4. 參考標準
[1] HB7739-2004航空金屬制件失效分析程序與要求
400-118-1002