型汽车座椅滑道断裂分析

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材料工程991112
材料工程
JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING
1999年 第11期 Vol.11 1999

BJ2021型汽车座椅滑道断裂分析
摘 要 分析了BJ2021型汽车座椅滑道断裂失效的模式和原因。结果表明,座椅滑道
失效模式为典型的疲劳断裂,其原因系座椅支架固定不牢,在运行过程中断裂处出现
交变应力作用所致。
关键词 座椅滑道;断裂失效;疲劳断裂;交变应力
中图分类号 TB303 文献标识码 A
文章编号 1001-4381(1999)11-0045-03

Cracks Analysis of Chair Slide in a BJ2021 Jeep
Abstract:In this paper, the characteristics and the modes of the cracks in chair slide in a
BJ2021 jeep were analysed. It is shown that the cracks are characterized by typical fatigue,
the bad fixation and the alternative stresses are responsible for the fracture of slide.
Key words:chair slide;crack analysis;fatigue fracture;alternative stress

座椅滑道是将座椅与车体连接、用于调节座椅前后位置的零件,该零件安装在汽
车上行程约二万公里后发生断裂,断裂发生在滑道的拐角处,其它部位也可见开裂和
损伤。支架上的部件均用SPCC钢(相当于08钢)板,其成分范围(wt%)为:0.05~
0.12C,0.35~0.65Mn和0.17~0.37Si。该材料强度低而塑性和韧性高,有良好的冲压、
拉延、弯曲和焊接性能。经冲压成型,表层经过180℃,40min的发兰处理。本工作分
析了座椅滑道的断裂模式及产生原因,并提出了预防再失效的建议。

1 试验过程及结果
1.1 外观检查
发生断裂的座椅支架见图1。可见其上有一滑道出现断裂(箭头1所示)。断裂从
图1中距右端约150mm的侧面拐角处起始,然后扩展至整个截面,最终破断,见图2。
在另一滑道上相同部位也可见一条小裂纹(图1箭头2所示),裂纹从槽内拐角处起
始,成直线型扩展,见图3。另外腹板与滑道交界处也有一条小裂纹。

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图1 断裂的座椅支架
Fig.1 Appearance of broken chair stand

图2 断裂处的外观
Fig.2 Appearance of the crack

图3 滑道上的小裂纹
Fig.3 Crack initiates at slide corner

对座椅外观进行详细检查,发现该滑道支架与汽车固定的四个螺孔边上有明显的

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弯曲变形、锈斑以及孔边挤压损伤。图4为一螺孔边被挤压的变形损伤痕迹。

图4 螺栓孔的损伤变形
Fig.4 Damage marks by crushing

1.2 断口特征分析
对打开的两裂纹断口以及断裂断口进行扫描电镜观察,发现三个断口具有基本相
同的断口特征:源区未见冶金缺陷(图5),裂纹均起源于外表面,然后向内扩展,扩展
区呈典型的疲劳条带特征(图6)。由此可以判定该座椅滑道失效模式为疲劳断裂。但断
口上疲劳条带间距规律性较差,具有随机疲劳破坏的一些特征。

图5 源区低倍形貌 50×
Fig.5 SEM image of crack origin zone 50×

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图6 扩展区疲劳条带特征 1500×
Fig.6 Fatigue striations in propagation zone 1500×

1.3 金相组织分析
在靠近裂纹处取样进行金相组织检查,该滑道金相组织为铁素体+少量珠光体,
晶粒较细,夹杂物较少,金相组织正常,如图7所示。

图7 裂纹附近的金相组织 500×
Fig.7 Microstructure near the crack 500×

2 结果分析及讨论
上述分析结果表明,该座椅滑道是由于在随机交变载荷下引起的疲劳断裂,而不
是因材料质量引起的脆性断裂和一次性过载引起的断裂。
对座椅滑道的损伤检查可以看出,固定座椅支架的四个螺孔均有不同程度的挤压
弯曲变形,孔边周围有磨痕、锈斑痕迹和发兰层表层被磨去等特征,说明座椅支架固
定孔处的紧固螺栓出现松动。在汽车的行驶过程中,人坐在座椅上通过座椅把重力传
到滑道上。由于固定螺栓出现松动,在汽车行驶过程中不可避免存在随机性的颠簸,

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从而使两个底板接触面产生相对运动,就相当于在滑道上承受多次循环交变载荷,从
而导致在滑道上的应力集中处产生裂纹,裂纹进一步扩展,最终导致破断。
进一步分析认为,支架螺栓固定处出现松动有三种可能:一是在安装时螺栓未拧
紧;二是在运行过程中出现松动;三是支架两螺孔距离与安装底座的两螺栓距离不匹
配。该材料的金相组织正常,断裂起始处未见材质缺陷,故断裂与材料冶金质量无
关。出现松动的第一种可能只能通过安装时认真检查来保证,而第二种可能性只能通
过确定可能松动的时间,进而确定检查螺孔是否松动的时间间隔,而第三种可能性应
通过设计改进和选配来保证。

3 结论与建议
(1)座椅滑道的失效模式为疲劳断裂,其原因是座椅支架固定不牢,使其承受随机
交变载荷作用,从而导致疲劳断裂失效。
(2)失效件的金相组织正常,未见材质冶金缺陷。
(3)建议定期检查螺孔是否紧固,一旦出现松动应及时拧紧。此外,滑道上的螺栓
孔距与底座上的螺栓孔距应尽量匹配。

作者简介 赵爱国(1971-),男,助理工程师。联系地址:北京81信箱4分箱(100095)
收稿日期 1999-02-08

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