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某汽车前桥横置板簧断裂的原因是什么
2025-09-25 浏览次数:0某汽车前桥横置板簧在可靠性道路试验中发生断裂失效,主要原因是喷丸表面存在较多且密集的折叠纹,导致疲劳裂纹源的形成。
在现代商用车领域,前桥结构形式正在向横置板簧方向发展,这种结构相比传统前桥减重3%至7%,承载能力提升6%,并且具有优良的制动性能和便于维修的优点。
横置板簧前桥由横置板簧、双叉臂式摆臂总成、转向机构及轮毂等零部件构成,横置板簧作为弹性元件,其主要作用是储存能量和减轻震动。然而,这种板簧在受力复杂多变且工作环境恶劣的情况下,对质量要求较高。
该汽车在完成试验里程81.9%时,前桥横置板簧发生断裂失效。该板簧由50CrVA钢制造而成,主要生产工艺包括下料、矫直、轧制、打弯、淬火、回火、喷丸和电泳等。
现场勘查显示,道路试验条件、载荷、道路状况等均满足试验要求。将前桥拆解后,检验摆臂、弹性垫块等与板簧连接的零部件,均满足图纸或技术文件要求。
在断裂板簧的理化检验过程中,宏观观察可见断口较为平整,呈现灰白色,为疲劳断口形貌。疲劳源位于板簧受拉表面中间部位,该处存在淡黄色的锈蚀特征。疲劳裂纹扩展区处贝纹线清晰可见,瞬断区具有明显放射花样。
化学成分分析结果显示,板簧的化学成分符合GB/T1222-2016«弹簧钢»对50CrVA钢成分的要求。硬度测试结果表明,板簧中心部位硬度为47HRC,符合技术要求(45~50HRC)。
金相检验结果显示,板簧表面有部分脱碳,脱碳层深度约为0.25mm。板簧显微组织为回火屈氏体+少量铁素体,中心部位组织呈现沿轧制方向分布的条带状组织形貌。
从断裂板簧的扫描电镜和金相检验结果可以看出,喷丸表面出现密集、呈网络状的折叠纹和凹坑,说明板簧表面喷丸过度。推理可知,板簧断裂过程为:由于板簧喷丸表面存在大小不等、形态各异的折叠纹和凹坑,使该部位存在应力集中,在道路试验过程中的反复应力作用下,折叠纹底部成为疲劳裂纹源,此处较易形成驻留滑移带,并随应力反复变化萌生微裂纹,然后逐渐扩展,形成较平坦的疲劳扩展区,随着断裂区的扩大,剩余截面不断减小,当扩展至某一阶段时,板簧在较大冲击载荷下失稳,裂纹快速发展导致瞬间断裂。
综上所述,汽车前桥横置板簧断裂的主要原因是喷丸表面存在较多且密集的折叠纹,折叠纹底部应力集中,在恶劣路况条件下,折叠纹处成为疲劳裂纹源,导致板簧发生疲劳断裂。建议改善喷丸工艺,调整喷丸强度、喷丸时间等参数,以避免产生过喷而出现折叠缺陷。