归纳冷却器台架实验断裂失效问题

 
 
本文针对340021-01EGR冷却器台架实验断裂失效问题，分别从断裂裂纹及断口形貌、钎焊结构应力-应变特点和断裂部位金属学特点等方面进行了分析研究，并对提高产品疲劳寿命的途径进行了探讨，结论如下：
1.对台架实验断裂件进行了宏观裂纹分析及断口分析。裂纹宏观分析表明断裂多发生在钎焊圆角根部，裂纹沿钎焊圆角根部萌生和扩展；在断口形貌中发现了疲劳辉纹，说明产品的失效形式为疲劳断裂；根据疲劳辉纹的间距以及断口中的轮胎花样判断具体失效模式为高应力低周疲劳断裂；沿疲劳弧线和疲劳台阶的方向找到了位于管壁外侧的疲劳源，说明断裂是从管壁外侧开始的，管壁外侧存在的多疲劳源也是低周疲劳失效断口的特征之一。


2.针对冷却器芯体工作过程中所承受的振动疲劳载荷，对芯体钎焊结构简化模型进行了静态加载应力-应变分析，结果显示，对于X、Y、Z三个方向的加载，应力集中部位均出现在钎焊圆角根部，且垂直于冷却管轴线方向的加载使钎焊圆角部位应力集中，实际测得的应力值接近于304L不锈钢焊后的屈服强度和钎焊接头中化合物相的抗拉强度，说明振动过程中钎焊圆角根部产生的应力集中是引起钎焊接头疲劳失效的力学因素。

3.对BNi-5钎焊不锈钢304L接头中钎焊圆角根部的X射线衍射结果及根部组织各相成分的能谱分析表明，在钎焊圆角部位生成了固溶体和复杂的化合物相，主要为硅化镍和镍铬硅化合物相；对冷却器芯体钎焊接头断裂金属学特点进行分析表明，断裂是从管壁外侧向内发生的，裂纹在钎焊圆角根部的化合物相（硅化镍和镍铬硅化合物相）中萌生和扩展，说明钎焊圆角根部的化合物相是引起疲劳断裂的主要冶金因素，钎焊接头中存在的显微裂纹也可能成为引发疲劳断裂的疲劳源；另外，由于钎焊温度过高，母材的溶解以及晶粒的长大也将造成疲劳寿命的下降。
4.从冷却器芯体结构、钎焊工艺以及材料方面探讨了提高钎焊接头断裂疲劳寿命的途径。在芯体结构改进方面，对不同冷却管直径和管壁厚度模型进行了加载应力计算，结果说明，适当增加冷却管的直径和管壁厚度均可以降低钎焊圆角部位的应力集中效应，减少断裂发生的可能性；实验证明通过改变钎焊工艺来提高冷却器的振动疲劳寿命是不可行的；在材料改进方面，对一种低熔点钎料XHBNi-5进行了实验研究，X射线及能谱分析表明，钎焊圆角组织主要为镍基固溶体、镍铬磷化合物及两者共晶相。对新钎料所做的实验表明，该钎料具有优越的流动性和润湿性，对母材溶解量小，母材晶粒长大程度小，强度下降少。另外用XHBNi-5钎料钎焊的冷却器仿真件通过了振动和冷热冲击的可靠性试验，说明新钎料具有实际应用的前景。//www.auto-fm.com