金属软管断裂原因分析

金属软管必须正确安装，其安装长度应在最大拉伸与压缩长度的中间位置。若安装不当，金属软管容易在不正常部位，即端部发生断裂。金属软管起减振作用的部分为近发动机端，约占整个软管长度的1/3，其他长度区域则属于补偿安装公差段。在使用过程中，由于其结构的特殊性，内扣接触面有摩擦，且间隙内容易积聚淤泥。久而久之会发生断裂或被卡死，失去柔性伸缩的能力，不能有效吸收发动机传来的振动，就会导致其他部件损坏，甚至波及消声器。因此，很有必要分析金属软管的失效机理。

      本研究所分析的金属软管为ASS 型结构，如图1所示。在使用过程中发生了断裂，其余部分位置则卡死不能伸缩。故障时行驶里程为3万多km(标准要求是保证10万km内不失效) ，其使用寿命远远低于预期。经市场返回的统计数据，同类型的金属软管发生较大比例断裂，其断裂的里程基本都集中在4万km 以下。本研究对失效的金属软管进行宏观分析、断口分析、金相分析、能谱分析等，找到金属软管发生断裂和卡死失效的原因，并提出改进建议。

一、实验过程与结果

1.1 宏观分析

图1 金属软管宏观及纵向剖视图

图2 金属软管断裂位置及断口形貌

表2 金属软管化学成分检测结果( 质量分数/%)

表3 金属软管金相截面硬度测试结果

二、分析与讨论

      金属软管的裂纹有两个方向，一是沿着S型折弯处的周向裂纹，从表面起源，为线源，沿着软管的截面厚度方向扩展；另一个是呈纵向(或轴向) 的裂纹，也是从表面起源，为线源，沿着截面厚度方向扩展；当两个方向的裂纹交汇后，最终导致了金属软管的断裂。通过对周向折弯处的断口以及纵向断口做微观分析发现，断裂源均为线源，源区无明显材料缺陷，断口扩展区的特征均为疲劳特征。另外，其断口截面均存在不同程度的减薄，观察到的断裂截面最薄处仅仅为0.02 mm(其他未磨损区域的截面厚度则约为0.6mm) ；断口截面虽变薄，但断口附近并无变形痕迹，说明其截面的变薄并非因塑性拉伸引起。

      而断口附近的钢带表面存在明显的磨损痕迹，其磨损特征为粘着磨损+ 磨粒磨损。据文献报道，304不锈钢如与摩擦副发生摩擦，也主要以粘着磨损机制为主，且随着表面摩擦的进行，表层组织会发生马氏体转变。在载荷和摩擦剪切应力的作用下，由于表层晶粒细化、以及高密度位错的综合作用使得304不锈钢的显微硬度增大； 因此，在本案例中，金属软管断口附近的显微硬度比基体稍高，但其显微硬度的提高并不能提升其疲劳性能，第一是软管截面本身较薄，并且随着磨损的消耗，截面变得更薄，其疲劳性能随着下降。另外，表层诱发马氏体的增加对SUS304奥氏体不锈钢的磨损无明显影响。因此可以这样说，虽然在摩擦的过程中， 304不锈钢表面出现了马氏体，显微硬度也升高，但这不能阻止不锈钢薄板表面的材料损耗以及疲劳强度的下降。

      在本研究中，除了粘着磨损，其表面还有磨粒磨损的痕迹，这些磨粒成分主要是Si、O之类，是外界带入的尘土或泥沙颗粒混入了金属软管间隙，磨粒加剧了不锈钢带的磨损。泥沙渗入除了加剧磨损之外，更造成了金属软管不能再自由伸缩，即发生卡死现象。而金属软管部分区域卡死，也造成了其他区域的受力异常，更加速了此区域的断裂的发生。

三、结论与建议

2) 改进建议: 采用威斯法利DSS 型软管；适当增加钢带的厚度；不要将软管安装在车轮附近。