上海依工塑料五金有限公司 上海 201108
摘要：某些新型镁合金材质方向盘内部骨架在进行车辆使用试验行驶过程中可能发生严重断裂,通过采纳微观气候查看、扫描电镜以及金相能谱分析、金相环境温度检验等等多种办法,剖析了这些方向盘的骨架断口框架结构形貌以及内部组织结构特征,以初步断定导致方向盘骨架断裂的主要原因。结果显示:有过快速断裂的方向盘内部经历了快速对微裂缝路的形成与一直扩大及快速连续断裂两个主要阶段;有过快速断裂的方向盘内部组织系统中晶粒框架结构构件不太均匀,虽然存有大多数树枝状氧化物及界面区，然而在方向盘的结构中会迅速断裂的晶粒构件相对比较少且致密，而且这些缺陷是断裂的内部骨架快速断裂的主要原因。
关键词：汽车；方向盘；骨架断裂
引言
金属具备许多优点，比如重量轻，比硬度低，良好的阻尼，隔振减震使用性能，机加工及导热性会等等。在现代汽车方向盘内部骨架框架结构中的设计应用日益广泛。当某国产车型方向盘内部骨架零件采纳4amg5aimn金属板材压铸一体成形生产工艺制造,在实验室疲劳测试期间，方向盘的内部骨架可能会严重损坏，如图1所示。模型1和2的手柄上的骨架在相同的闭合位置下没有轻微断裂，并且模型3的手柄上的骨架在不破裂的情况下经历了热渗透、激光着色后分析发现,1号、2号在与模型方向盘框架相同的位置，车轮内圈和外圈的边缘上仍存在小裂纹。视觉分析发现该位置在轮辋的侧面，发现在轮辋切口的边缘留有宽大的裂纹痕迹，推测这三个方向盘模型的骨架应相对靠近裂纹的轮辋溢流。这三个新方向盘的内部骨架是同一制造商在不同时间生产的同一批次的新产品。破坏了三个零件，以找出导致三个方向盘内部骨架的金相组织破裂的原因。方向盘的骨架宏观上是金相气象观察，扫描电子显微镜和金相能谱分析，金相温度检查等，均提出了相关的改进技术方案。
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图1断裂方向盘宏观形貌和开裂方向盘着色形貌
一、理化检验
1. 宏观观察
截取1号和2号方向盘的破损部分，从3号方向盘的破损处取样，并比较照片中破损部分的宏观结构。可以看出，1号方向盘断裂的外圈为浅银灰色，内圈的内圈和外圈的边缘相对平坦，断裂的中间不均匀，有许多肉眼看不到的二次腐蚀裂纹。如下图2a)所示;2号方向盘内圈的断裂与1号相似。图3和方向盘上的小裂纹之间的连接是银灰色且棕褐色的小裂纹区域，如下图2b）所示。
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图2方向盘断口宏观形貌
2.扫描电镜及能谱分析
图3示出了自动扫描电子显微镜在1号方向盘的前切割开口处的整体外观。内边缘上可能有缺陷磨损痕迹，而内圈外边缘上的夹层断裂中的凹槽也可能存在，见梯形图3a)。外沿附近最大断口整体形貌特性呈现出两个主要典型表现形式特性,即，最大的裂缝设在表层内部被细小的杂质混合物掩盖的外边际区域间i及ii中，而且外边际区域间i及ii以麻点颜色及对微裂缝见长。见图3b）及见图3c）中的折线特性原子，区域间i至外沿区域间ii的最大断口间距大约相差为1.93mm,会谱分析测试结果显示,区域间i中的细小杂质混合物的氧浓度相对比较低，大约为6％（小于品质变动平均分），而是区域间ii中的混合物氧浓度相对比较高。如下图表1所示。样品裂孔断口大部分裂孔呈韧窝型的具备耐磨性晶粒开裂点状特性,局部断口有细小的弹性晶粒及点状缺陷,如下见到见图3d,e)所示。在2号方向盘外侧骨架内圈断口中还可以得知相似此种状况,即向盘内圈外圈边沿处骨架断口的臭氧浓度相对比较低,因为存有被细小的臭氧混合物污染的区域间，因而i的最大断裂间距为3.09mm。无线读取电子显微镜图像查看查看到3号方向盘内部的裂缝。结果表明如下比如见图4所示。在红外线高倍数低放大率的前提之下仔细观察,微小开裂缝.最大开裂间距大约缩小为0.64mm,表层没显著的凹凸不平开裂现象,如下见到见图4a)所示。对在断口内部表层进一步低倍无线放大镜的查看可以得知,在外缘边沿处可能有微小的椭圆形坑状物质缺陷,断口内部表层同样可能掩盖了细小的碱性单质及小混合物,如下见图4b),c)所示。
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图3 1号方向盘断口扫描电镜形貌
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图4 3号方向盘裂纹区断口扫描电镜形貌
二、分析与讨论
作为框架断裂裂纹分析的结果，可以看出在第一和第一方向盘的内框架中的第一断裂裂纹的表面上可能存在少量的氧化物。断裂2和断裂3的表面在方向盘内部中心环的外边缘附近断裂，另一方面，第四断裂部分显示出无氧或低氧化物含量的网状凹痕型骨架断裂裂纹的特征。由此可以推测这种裂纹可能起始于骨架内圈覆盖外沿附近位置。因为汽车方向盘内部骨架在车身轴套外圈边沿连接处的结合强度程度不太一致,表层及内部间存有许多缺陷,汽车安全试验过程中在外部很大载荷的精神压力作用之下其与表层上的缺陷连接处将能萌发微小裂缝,在车辆后续安全驾驶试验过程中微小的裂纹将会持续不断扩展扩大直至彻底断裂。
研究结果表明,当在肱骨架骨的表面特别尤其是位在外圈或位于内圈的肱骨轮辋的一部分边缘出现微小的裂纹时,裂纹容易因而发生高度扩展。因为汽车镁合金整体抗冲击韧度能力相对比较高,国家标准中没对于汽车压铸零件镁合金的其及抗冲击力及韧度能力作明确要求,对比方向盘支持骨架支撑断口中内部富含烟尘的裂痕区域间i裂缝间距状况可见,方向盘支撑骨架3号轴套上的外边际裂缝区域间i的裂缝间距大约为方向盘支撑骨架3号支撑构架的裂缝间距的三倍。在第一方向盘支撑骨架及第二方向盘支撑骨架的起始临界裂缝间距扩大到达到临界裂缝构件之后，可以推断出该值，在较大的径向撞击力下将会发生快速宽度断裂。金属汽车方向盘框架结构骨架出现开裂主要原因与其框架结构组织及铝残余材料塑性变形变动有关,对于该类不同类别合金方向盘骨架开裂的程度影响比较少。相关学术研究文献中的研讨结果显示,因零件电气设计所致而是招致的汽车方向盘断裂应力往往主要分散在汽车轮辐中心部件,而是对非这次零件断裂的汽车方向盘所在轮圈中心位置。在汽车方向盘浇铸骨架零件压铸铸造过程中,其内部铝组织框架结构受压对于浇铸时的环境温度、速率、浇铸传动装置及纵向溢流槽浇铸网络结构设置等等多系列要素直接影响。铸造后，方向盘骨架迅速加热并在低温和高压加热下硬化，因此某些方向盘骨架产品具有毛孔，缩孔等外观缺陷，甚至收缩不均匀。3个浇铸方向盘每天开裂点的位置都在相同整体部件(见图1),且在整体溢液导流槽附近相同区域间,因而整体塑性变形的产生的概率就是每天开裂的内在重要原因之一,而是每天开裂参数值的微小环境温度变动也可能直接产生整体中观框架结构组织的不小差异。因为对于质量检查测试结果剖析可见,粒径不太均匀性从大到少为1、2、3。细小且均匀的颗粒尺寸的增大有助于显着提高车身结构的刚度和强度。因此3号方向盘上的两个骨架尽管也有可能同时存在一些微小的裂纹,但并未因此出现明显开裂。
结论及建议
（1）完全断裂的小型方向盘结构骨架则其晶粒尺寸不均匀,大量的枝晶及具备缺陷的晶粒存有可能是大型方向盘框架结构骨架晶粒断裂的主要形成原因,而是未完全断裂的中小型方向盘框架结构骨架亦其晶粒构件相对细小、均匀。(2)完成断裂的中小型方向盘框架结构骨架主要经历了前期微小断裂花纹的形成与一直扩大及后期快速裂缝断裂两个形成阶段,未完成断裂的中小型方向盘框架结构骨架主要处在前期微小的裂缝形成阶段,骨架内部轮圈中大量裂缝缺陷的持续存有等等还是后期快速裂缝断裂的主要形成原因。(3)技术建议及时回溯3号方向盘汽车生产线各批次的具体工艺技术参数,从技术上改善车身铸件的温度和车身溢流槽的温度设置，减少车身上的应力，并快速提纯晶粒，以防止类似工艺失败的再次发生。
参考文献：
[1]向冬霞,张云鹄,杨学树。镁合金方向盘缺陷对性能的影响[J].中国金属通报,2007(21):29-31.
[2]史冬岩,韩家山,吴钿,等，镁合金汽车方向盘骨架的扭转及疲劳强度分析[J]，机械强度, 2014,36(1):152- 157.