車輛用鈦合金懸架總成開裂原因

聶志川, 張子褀

(1.本溪市檢驗檢測服務中心, 本溪 117000；2.濟南大學, 濟南 250000)

車輛懸掛系統是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成的整個支持系統，懸掛系統綜和了多種作用力，決定著車輛的穩定性、舒適性和安全性，是現代車輛十分關鍵的部件之一。懸架總成作為車身與車輪之間連接的傳力部件，是保證車輛行駛安全和乘坐感覺舒適的重要部件。因此，懸架總成往往被列為重要部件編入車輛的技術規格表中，作為衡量車輛質量的指標之一。

鈦合金具有屈強比高、比強度高、密度低、彈性模量低等特點，被應用于多個工業領域。車輛中的HST2425鈦合金懸架總成起到了機構限位的作用。某車輛在行駛過程中，其HST2425鈦合金懸架總成發生開裂，調查該懸架總成基體表面發現多處裂紋。為了找到該懸架總成的開裂原因，筆者對其進行了一系列理化檢驗，并提出了改進方法，以避免該類事件再次發生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

圖1，2分別為懸架總成及其裂紋的宏觀形貌，可以看出該懸架總成臂身開裂處正面、背面各有一凹槽，裂紋橫貫凹槽。觀察裂紋斷面，發現斷口周圍存在放射狀條紋，放射狀條紋匯聚于凹槽基體的內部(見圖3)。

圖1 懸架總成宏觀形貌

1.2 掃描電鏡分析

采用掃描電子顯微鏡對懸架總成臂身開裂處進行觀察，臂身開裂處裂紋微觀形貌如圖4所示，可以看出臂身外表面存在多處不規則的裂紋。

圖4 臂身開裂處裂紋微觀形貌

1.3 化學成分分析

在開裂懸架總成上取樣進行化學成分分析，結果見表1。可以看出所用HST2425鈦合金懸架總成的化學成分符合標準Q/HST06—2014 《HST2425鈦合金屬棒材》的要求。

表1 化學成分分析結果 %

1.4 力學性能測試

在開裂懸架總成上取樣進行力學性能試驗[1]，試驗結果如表2所示。可以看出所用HST2425鈦合金懸架總成的力學性能符合標準Q/HST06—2014 的要求。

表2 力學性能測試結果

1.5 金相檢驗

在圖1中箭頭所指部位取樣，置于光學顯微鏡下進行觀察。圖5為該懸架總成斷口處顯微組織形貌，可以看出試樣的顯微組織為α相+β相[2]，顯微組織均勻、無異常變化，符合標準Q/HST06—2014對懸架總成的顯微組織要求。

圖5 懸架總成斷口處顯微組織形貌

2 綜合分析

該懸架總成的化學成分、力學性能、顯微組織均符合標準要求。懸架總成鍛件在模鍛成型時，在保證不出現過熱的前提下，提高始鍛溫度可加強金屬的塑性，減小變形抗力，有利于壓力加工的進行；在保證鍛造結束前金屬還具有足夠的塑性。如果鍛造結束后能獲得較好的再結晶組織，降低終鍛溫度，這樣就擴大了鍛造溫度范圍，能夠有足夠的時間使金屬變形。但終鍛溫度也不能過低，否則此時金屬的可塑性差，抗變形力大，并可能出現加工硬化，在較低溫度下鍛造易產生裂紋[3]。車輛在行駛過程中，受到車輪內側的拉力作用，這些裂紋就會失穩擴展發生開裂。基于這種情況，懸架總成在模鍛成型時應嚴格控制鍛造溫度，確保材料在具有良好塑性的情況下成型，避免出現鍛造裂紋。

3 結論及建議

該HST2425鈦合金懸架總成在模鍛成型時，鍛造溫度過低導致其產生了不規則的微觀裂紋，在車輪拉力作用下，懸架總成模鍛件外表面的裂紋進一步擴展引發開裂。

懸架總成鍛件在模鍛成型時，應適當縮短鍛造時間，嚴格控制終鍛溫度在工藝要求的范圍內，避免終鍛溫度過低導致零件產生裂紋，以保證滿足零件的質量技術要求。