汽车后桥制动盘断裂失效分析

摘　要：某新型汽车在试验过程中发生后桥制动盘断裂故障。重点对断裂制动盘的外观检查、断口外观进行宏观及微观检查察，结合金相组织检查，确定制动盘的断裂性质，并对其断裂原因进行了分析。结果表明，导致制动盘断裂的主要原因由于制动盘局部组织中存在E型石墨和F型石墨等因素。

关键词：汽车后桥制动盘； 断裂失效；

     0引言
     失效制动盘材料所用材料为灰铸铁，牌号为HT250，该制动盘的主要生产程序为先铸造后机加工。
     制动盘组织状态要求为：石墨各类型所占的比例应满足A型石墨≥70%，    B+D型石墨≤28%， C型石墨≤2%，不允许存在  E型石墨，石墨长度为3-5级；珠光体含量在90%以上，磷共晶含量≤1%，渗碳体含量≤3%。在汽车制动系统中的后桥制动盘是关键安全零件之一，为解决制动盘断裂故障，准确地分析其失效形式及产生因素，对制动盘结构、载荷性质、应力分布等因素及与各种失效形式之间的关系进行了综合分析。
      1  试验过程与结果
      1.1制动盘外观及断口宏观检查
      制动盘外观及开裂位置见图1，开裂发生在制动面及制动面的R角部位，裂纹呈由制动面开开裂部位起始，在制动面的R角部位沿制动盘的周向扩展，周向扩展长度约占制动盘的1/2周长。裂纹呈微弱的锯齿状特征，开裂程度较弱，其中，凸面侧的部分继续沿R角扩展，凹面侧的裂纹则呈向边缘靠近的趋势。这表明制动盘裂纹可能率先由凸面侧的制动面部位起始，而后沿制动面厚度和R角部位扩展，并引起凹面侧制动面断裂。制动面断口宏观形貌图b，断口呈过载断裂特征，无宏观塑性变形，端部隐约可见树枝状晶断裂特征。

       1.2断口微观观察
       制动面断口低倍及高倍扫描电子显微镜形貌，端部均可见树枝状晶断裂特征，石墨呈解理及剥落形貌，基体呈解理及沿珠光体片层断裂形成的条纹状形貌。
      1.3金相组织观察
      在制动面断口下方约40mm处，沿平行于断口的方向制取制动盘金相试样，并在R角部位，垂直裂纹制取金相试样，进行组织形貌观察。
制动盘显微组织的形貌见图e-图f，与技术要求的对比情况见表1，可见,C型（块片状）组织数量高于2%的技术要求，局部出现了不允许存在的E型组织，且局部可见F型组织；基体组织中除靠近表面的区域局部铁素体含量过大外，未发现其他异常情况。
         
　          　

               
      3  分析与讨论
　　以上试验结果表明，制动盘局部枝晶石墨发达，起始断口均沿枝晶石墨脆性开 裂，制动盘开裂与E型石墨异常分布有关。
　　石墨形态对铸铁的力学性能有很大的影响，C型石墨能够显著降低材料力学性能。F型石墨及松散的菊花状石墨，表明存在一定的石墨偏析。E型石墨是片状石墨在枝晶间呈方向性分布，对灰铸铁制件的性能会产生不利影响。部分制件表面虽允许存在少量E型石墨，但如果E型石墨分布范围过大，也易导致制件发生断裂。
     4  结论
    （1） 制动盘的开裂性质为过载开裂；
    （2） 制动盘过载开裂可能主要由于局部组织中存在E型石墨和F型石墨，C型石墨较多引起。