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应 国
图 4 金相组织形貌
分 析 网
用维氏硬度方法测试材料的硬度， 硬度值分布在 120HV 附近，恒行6娱乐注册 由此估算活塞材料的硬度 应处在涉及规定要求的 HB95~130 范围内。
结论
料金相组织和硬度未见异常。
汽油发动机活塞属于机械疲劳断裂， 裂纹起始于耐磨镶圈槽的根角线应力集中区域。 材
摩擦力过大或镶圈过程缺陷可能是造成活塞断裂的主要原因。
主要分析人员及单位
朱衍勇 董毅 教授级高工 工程师 钢铁研究总院 钢铁研究总院
资料整理人：王冬梅 审核人： 吴伯群
应 国
国家钢铁材料测试中心 国家钢铁材料测试中心
图 5 组织形貌和分析
析 网
概述
宏观分析
关键词：汽车发动机；活塞；机械疲劳断裂 材料种类/牌号：铝合金/ ZL109
试样为断裂的汽车发动机铝合金活塞，材料牌号 ZL109。活塞是在行车使用过程中发生 断裂的，当时发动机突然发出严重异响并自动熄火，经服务站拆检，为发动机第三缸活塞断 裂。至断裂时止，该车运行两万多公里。对该铝合金活塞的断裂原因进行了分析。
记录号：JS-AL-交通运输（铁道、汽车、舰船、桥梁）-048
汽车发动机铝合金活塞断裂原因分析
摘要： 某汽车发动机铝合金活塞是在行车使用过程中发生断裂的， 当时发动机突然发出严重 异响并自动熄火，经服务站拆检，为发动机第三缸活塞断裂。至断裂时止，该车运行两万多 公里。分析结果表明：汽油发动机活塞属于机械疲劳断裂，裂纹起始于耐磨镶圈槽的根角线 应力集中区域。 材料金相组织和硬度未见异常。 摩擦力过大或镶圈过程缺陷可能是造成活塞 断裂的主要原因。
测试过程与结果
断裂活塞的宏观形貌如图 1 所示， 图中黑色箭头所示为断面位置， 为耐磨镶圈槽的根部 截面。图 2 是宏观断口形貌，由于断后断面在气缸内受到磕碰，断口表面损伤严重，有很多 压痕和磨痕。总体上断面呈龟背形，边缘沿着耐磨镶圈槽的根角线，只有到安装连杆的孔的 位置断面偏离耐磨镶圈槽， 直接与孔接通， 如图中白色箭头所示。 肉眼观察， 断面相对平坦， 可以看出裂纹是从耐磨镶圈槽根部开始并向内扩展的， 裂纹的起裂和扩展方向如图 2 中箭头 所示。断面没有变形，整个断面呈低应力断裂特征。
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图 1 断裂活塞的宏观形貌
图 2 断口宏观形貌
微观断口分析 断口清洗后在扫描电镜下观察，如图 3，断裂起始于沟槽直角根脚线；局部起裂位置观 察到过Biblioteka Baidu引起的表面撕裂裂纹（如图 3b） ；断面上观察到有裂纹疲劳扩展的痕迹；断口以穿 晶开裂为主， 但有很多位置是沿着第二相界面开裂的； 断口上没有看到严重的铸造疏松类缺 陷，也没有看到腐蚀的痕迹。微观断口分析显示，活塞是属于机械疲劳断裂，起裂位置为耐 磨镶圈沟槽直角根脚线e 疲劳痕迹
金相检验
在断口附近截取试样制成金相样， 分别在光学显微镜和扫描电镜下进行观察。 4 是光 图 学显微镜下观察的组织形貌，初晶硅尺寸小于 50μm，共晶硅呈小块状分散分布，为合格组 织。组织中没有看到铸造疏松类缺陷，可以看到有少量针孔类缺陷。图 5 是在 SEM 中观察的 组织形态，材料的基体组织为 α (Al) ，基体中弥散分布着大量细粒状相，灰色块状和细 。 条状为硅相，白色为富 Ni 相（主要为 Al3Ni）
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