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　　金屬軟管須正確安裝，其安裝長(cháng)度應在拉伸長(cháng)度與壓縮長(cháng)度的中間位置。若安裝不當，金屬軟管容易在不正常部位，即端部發(fā)生斷裂。金屬軟管起減振作用的部分為近發(fā)動(dòng)機端，約占整個(gè)軟管長(cháng)度的1/3，其他長(cháng)度區域則屬于補償安裝公差段。在使用過(guò)程中，由于其結構的特別性，內扣接觸面有摩擦，且間隙內容易積聚淤泥。久而久之會(huì )發(fā)生斷裂或被卡死，失去柔性伸縮的能力，不能吸收發(fā)動(dòng)機傳來(lái)的振動(dòng)，就會(huì )導致其他部件損壞，甚至波及消聲器。因此，要分析金屬軟管的失效機理。

　　本研究所分析的金屬軟管為ASS 型結構，如圖1所示。在使用過(guò)程中發(fā)生了斷裂，其余部分位置則卡死不能伸縮。故障時(shí)行駛里程為3萬(wàn)多km(標準要求是保證10萬(wàn)km內不失效) ，其使用壽命遠遠低于預期。經(jīng)市場(chǎng)返回的統計數據，同類(lèi)型的金屬軟管發(fā)生較大比例斷裂，其斷裂的里程基本都集中在4萬(wàn)km 以下。本研究對失效的金屬軟管進(jìn)行宏觀(guān)分析、斷口分析、金相分析、能譜分析等，找到金屬軟管發(fā)生斷裂和卡死失效的原因，并提出改進(jìn)建議。

　　一、實(shí)驗過(guò)程與結果

　　1.1 宏觀(guān)分析

　　金屬軟管的宏觀(guān)形貌如圖2a所示，表面布滿(mǎn)泥土，呈土黃色，內表面則有黑色的積碳。斷裂位置在靠近發(fā)動(dòng)機一端約2 ～ 4扣處，斷裂處的細節如圖2b所示，在外側表面可以看到殘留的斷口。將斷裂處拉開(kāi)后如圖2c所示。將斷裂部分切下后，打開(kāi)纏繞的S型鋼帶，可見(jiàn)有2個(gè)方向的裂紋，一是在折彎處的呈周向的裂紋(圖2d) ，另一處是呈軸向(或縱向，圖2e) 的裂紋，兩個(gè)方向裂紋交匯時(shí)，而后導致了排氣管斷裂。周向的裂紋相對來(lái)說(shuō)較平直，縱向的裂紋有的平直有的則比較曲折，斷裂處截面非常的薄。

　　1.2 斷口宏、微觀(guān)觀(guān)察

　　將金屬軟管的周向和縱向斷口都放置在掃描電鏡內觀(guān)察，其周向斷口的截面均非常薄，約0.02 mm，有的已被磨損，局部保存完好區域的斷口微觀(guān)如圖3a、圖3b所示，起源為線(xiàn)源，斷口的特征為疲勞，源區未見(jiàn)異常； 圖3c、圖3d所示為縱向斷口的低倍形貌，從內側表面起源，線(xiàn)源，斷口微觀(guān)特征如圖3d 所示，為疲勞特征?？v向斷口截面厚度約0.4 mm。

　　二、分析與討論

　　金屬軟管的裂紋有兩個(gè)方向，一是沿著(zhù)S型折彎處的周向裂紋，從表面起源，為線(xiàn)源，沿著(zhù)軟管的截面厚度方向擴展；另一個(gè)是呈縱向(或軸向) 的裂紋，也是從表面起源，為線(xiàn)源，沿著(zhù)截面厚度方向擴展；當兩個(gè)方向的裂紋交匯后，而后導致了金屬軟管的斷裂。通過(guò)對周向折彎處的斷口以及縱向斷口做微觀(guān)分析發(fā)現，斷裂源均為線(xiàn)源，源區無(wú)明顯材料缺陷，斷口擴展區的特征均為疲勞特征。另外，其斷口截面均存在不同程度的減薄，觀(guān)察到的斷裂截面薄處僅僅為0.02 mm(其他未磨損區域的截面厚度則約為0.6mm) ；斷口截面雖變薄，但斷口附近并無(wú)變形痕跡，說(shuō)明其截面的變薄并非因塑性拉伸引起。

　　而斷口附近的鋼帶表面存在明顯的磨損痕跡，其磨損特征為粘著(zhù)磨損+ 磨粒磨損。據文獻報道，304不銹鋼如與摩擦副發(fā)生摩擦，也主要以粘著(zhù)磨損機制為主，且隨著(zhù)表面摩擦的進(jìn)行，表層組織會(huì )發(fā)生馬氏體轉變。在載荷和摩擦剪切應力的作用下，由于表層晶粒細化、以及高密度位錯的綜合作用使得304不銹鋼的顯微硬度增大； 因此，在本案例中，金屬軟管斷口附近的顯微硬度比基體稍高，但其顯微硬度的提高并不能提升其疲勞性能，一、是軟管截面本身較薄，并且隨著(zhù)磨損的消耗，截面變得更薄，其疲勞性能隨著(zhù)下降。另外，表層誘發(fā)馬氏體的增加對SUS304奧氏體不銹鋼的磨損無(wú)明顯影響。因此可以這樣說(shuō)，雖然在摩擦的過(guò)程中， 304不銹鋼表面出現了馬氏體，顯微硬度也升高，但這不能阻止不銹鋼薄板表面的材料損耗以及疲勞強度的下降。

　　在本研究中，除了粘著(zhù)磨損，其表面還有磨粒磨損的痕跡，這些磨粒成分主要是Si、O之類(lèi)，是外界帶入的塵土或泥沙顆?；烊肓私饘佘浌荛g隙，磨粒加劇了不銹鋼帶的磨損。泥沙滲入除了加劇磨損之外，更造成了金屬軟管不能再自由伸縮，即發(fā)生卡死現象。而金屬軟管部分區域卡死，也造成了其他區域的受力異常，更加速了此區域的斷裂的發(fā)生。

　　另外，本研究金屬軟管的斷裂位置在接頭附近( 靠近發(fā)動(dòng)機一端) 的約第2 ～ 4扣處，而這個(gè)位置正處于振幅大，振動(dòng)為頻繁的區域內； 因此，其斷裂的主要原因主要是振動(dòng)和磨損造成的疲勞斷裂。

　　金屬軟管的結構是由雙層304不銹鋼薄帶纏繞內扣而成，屬于A(yíng)SS結構，其鋼帶之間存在間隙，在振動(dòng)過(guò)程中，相互接觸的鋼帶摩擦磨損不可避免； 且車(chē)輛屬于工程車(chē)，工作環(huán)境十分惡劣，行駛過(guò)程中泥漿、水、塵土等會(huì )逐漸帶入金屬軟管的間隙處，成為摩擦副之間的磨粒，加劇磨損。當進(jìn)入鋼帶間隙的泥沙等異物逐漸增多，而后會(huì )導致金屬軟管卡死。因此，防止金屬軟管發(fā)生類(lèi)似失效的方法是: 一、采用威斯法利DSS型軟管，該軟管特別的結構可以防止泥沙滲入內部； 二、適當加厚鋼帶的截面厚度，提高疲勞性能； 第三，不要將軟管安裝在車(chē)輪附近。

　　三、結論與建議

　　金屬軟管為疲勞斷裂，其斷裂的主要原因是在振動(dòng)情況下，鋼帶表面發(fā)生粘著(zhù)磨損加磨粒磨損，磨損導致截面變薄后疲勞強度下降，而后發(fā)生疲勞斷裂； 外界泥沙等異物滲入金屬軟管間隙導致其發(fā)生卡死現象，這也是導致其斷裂的次要原因。

       文章源自：不銹鋼接頭   m.fionasutherland.com