一.測試背景

汽車前下擺臂球頭總成在路試車上斷裂，路試工況較惡劣，斷裂路段為鵝卵石路，斷裂公里數約6000公里。針對這種失效情況，客戶送檢斷裂擺臂球頭樣品進行測試分析，以期找出失效原因。

擺臂球頭規定材質為SCM435，熱處理工藝為淬火（冷卻油）+回火。斷裂位于球頭最窄位置附近，用于穿過螺栓，具體圖片如圖1所示。

二.測試方案

三.測試結果

3.1宏觀形貌觀察：                   

球頭側面存在一定腐蝕，圓弧位置可看到明顯的機加工刀紋，粗糙度結果見下頁；斷裂位置靠近圓弧最窄處，可觀察到對稱兩個裂紋源和擴展區；擴展區面積差異較大，說明球頭受力不均，面積大的一側為主裂紋源，小的一側為次裂紋源，下面主要針對主裂紋源分析；裂紋源附近側面有明顯的刀紋&缺損，擴展區可觀察到貝殼紋，是典型的疲勞斷裂。具體宏觀形貌見圖2。 

3.2表面粗糙度：

根據圖紙要求，球頭表面粗糙度管控為Ra1.6。實際測試結果顯示，側面位置 （A位置）面粗糙度為0.85μm，圓弧位置（B位置）面粗糙度為1.30μm，均符合圖紙設計。但考慮到裝夾異常，圓弧位置有可能產生應力集中，進而成為薄弱環節，建議適當管控。具體結果見圖3。

3.3微觀形貌觀察：

裂紋源位置存在明顯的刀紋&缺損，表面存在一定氧化，成分無明顯異常；擴展區斷裂時磨損嚴重，可見少量疲勞輝紋；瞬斷區可見韌窩，為韌性斷裂。具體形貌見圖4，成分結果見表1。

3.4拋光態&腐蝕態形貌觀察：

球頭截面宏觀金相顯示，材料均勻性較佳；球頭芯部拋光態顯示，材料無明顯氣孔與異常夾雜；表面與芯部組織均為保持馬氏體位相的回火索氏體，表面無脫碳等異常。具體形貌見圖5。 

3.5化學成分測試:

參照JIS G 4053-2016，擺臂球頭材料符合SCM435成分標準。具體成分結果見表2。

3.6硬度測試：

擺臂球頭表面和芯部硬度無明顯差異。測試結果見表3。

四.結論

汽車前下擺臂球頭總成理想裝配時，易斷裂位置位于根部，但實際斷裂位置位于球頭圓弧底部。斷面擴展區面積差異較大，故推測球頭與固定側裝配不良（如上部裝配緊，下部裝配松），致使圓弧位置額外受力且受力不均，在外表面刀紋&缺損處引起應力集中產生裂紋，在交變應力作用下導致疲勞斷裂。

五.改善建議

提高球頭表面質量，改善裝配工藝，避免裝配不良產生的斷裂異常。