作者 | 潘安霞 中车技术专家仿真专栏作者
首发 |仿真秀App
导读：2021年2月，日本汽车零部件巨头曝大规模造假，约有11.4万件产品存在伪造刹车装置及其零部件的检查数据，引发网友热议和消费者信任危机。为帮助汽车零部件生产、质控与研究人员及时发现零部件缺陷，避免不合格产品流向市场，本文我将带领大家认识汽车零部件缺陷类型及危害，以及常用缺陷鉴别技术。如有不当，欢迎批评指正。另欢迎大家报名4月27日20时我在仿真秀平台的螺栓失效公开课.
汽车由数以万计零部件组装而成，零部件是汽车发展的基础和重要组成部分，其性能优劣直接影响整车性能的优劣。核心零部件一旦出现质量问题，会给驾乘人员带来极大的安全隐患，因此汽车零部件检测对整车安全性起着至关重要的作用。 首先让我们来认识一下汽车零部件缺陷的类型。
一、汽车零部件缺陷类型
汽车零部件从设计图样到制品，要经历一系列工艺流程，详见下图中7个节点。该流程中存在众多复杂因素，极有可能形成某种缺陷，若这些缺陷未被检测发现，或检测手段落后而发现不了，抑或技术标准不合理等，使得原本不应该流入市场的不合格品成为商品，从而成为在后续装配服役过程中失效的潜在因素。
图1 汽车零部件工艺流程
汽车零部件常见缺陷可以分为：设计缺陷、材料缺陷、制造工艺缺陷。如近日央视315晚会曝光的某品牌汽车，则是由设计缺陷导致变速箱腐蚀失效。
图2 某品牌汽车变速箱腐蚀形貌
以轴承和螺栓为例，其工艺流程如图3所示，复杂的工艺流程导致制造工艺缺陷呈现多样性，图4为不同制造工艺所对应的不同缺陷类型。产品出现质量问题，通过检测技术对缺陷类型进行表征，分析缺陷具体形成环节，往往是解决问题的基础。
图3 汽车零部件工艺流程复杂导致缺陷的多样性
图4 制造工艺及对应缺陷
下面以螺栓失效为例，选取原材料、设计、热处理、机械加工和装配工艺不同因素导致失效的案例，对缺陷检测技术应用进行阐述。
表1 螺栓失效案例
案例1：原材料缺陷（节点连接螺栓表面缺陷分析）
案例2：设计不当（手动调整销延迟性断裂原因分析）
案例3：热处理缺陷（柴油机缸盖螺栓氢脆断裂）
案例4：机加工缺陷——M16螺栓疲劳断裂原因分析
案例5：装配工艺不当——某地铁齿轮箱吊杆螺栓断裂
汽车零部件缺陷的危害
汽车零部件缺陷危害极大，往往会影响零件使用可靠性，降低零件的力学性能，造成应力集中，促进氢脆与应力腐蚀等。缺陷与失效分析的关系（从废品、不合格品、商品三个角度）如下：
1. 产品出厂前制造工艺过程中的废品分析，是由缺陷直接引起的失效；2. 因质量管控手段不足，使得原本不应流入市场的不合格品进入市场，并且其所含制造缺陷导致产品失效，是由缺陷直接或间接引起的失效；3. 产品设计、装配工艺或维护工艺不当导致的失效，则与缺陷无关。
以上是我围绕汽车零部件的常见缺陷以及缺陷的危害进行阐述，以期为汽车零部件生产、质控与研究人员提供分析思路。接下来，我将详细阐述汽车零部件的常用缺陷鉴别技术。
二、汽车零部件常用缺陷鉴别技术
1、金相检测技术
金相分析技术是失效分析中最重要的方法，主要分为以下几个方面：低倍组织缺陷评定锻造流线检测分析样件显微组织是否符合标准/预期要求评定非金属夹杂物级别测定晶粒度脱碳层检测渗碳层检测判断裂纹类型（淬火裂纹？锻造裂纹？）确定裂纹扩展方式（穿孔？眼镜？）.......
案例1：金相检测实例——低温冲击功不合格原因分析 以下钢板的3个试样中，一个试样低温冲击功不合格，而其他两个试样合格。检测人员通过观察其冲击试样金相组织，发现钢板在板厚发现存在严重的珠光体条带现象，这是造成低温冲击性能不达标和冲击性能值波动较大的主要原因。
2、无损检测——（重点介绍X射线无损检测技术）
无损检测采用传统的射线照相检测（RT)、射线数字成像检测（DR)及计算机断层扫描技术（CT)技术，在对被检测物体无损伤的条件下，以平面叠加投影或二维断层图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、组成、材质及缺损状况。射线检测技术在缺陷表征中的应用主要有以下5个方面：
（1）缺陷的识别
（2）缺陷尺寸测量
（3）三维重建及缺陷提取（可以对材料内部缺陷三维重构，表征缺陷形状和分布）
（4）不拆解情况下内部结构分析
（5）不拆解情况下装配分析
3、化学成分分析
材料化学成分分析主要用于排查设计选材是否不当，存在以次充优或以假乱真。
4、力学性能
为什么要做力学性能测试？
根据失效分析的目的、要求及可能性，对硬度、室温拉伸、冲击、弯曲、压扁、疲劳及高温下的力学性能等进行测定（不破坏主要失效特征）；评定失效件的工艺与材质是否符合要求；获得材料抵抗变形或断裂的临界值。
力学性能不合格的常见原因：
热处理工艺不当；取样位置或取样方式不当；材料偏析严重。
5、断口分析技术（断口分析三板斧）
通过断口的形态分析，可以研究断裂的一些基本问题：如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。因此，断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。
断口记录了从裂纹萌生、扩展直到断裂的全过程，是全信息的。断口可以说是断裂故障的第一裂纹，而其他裂纹可能是第二甚至第三生成的。第一与第二裂纹的模式、原因和机理有时是相同的，有时是不同的，也就是说裂纹有可能只记录了断裂后期的信息，因此断口分析在断裂事故分析中具有核心的地位和作用。
断口有时是断裂失效（事故）唯一的物证，人证有时是不可靠的，只能作为辅助信息或证据。
利用现代分析技术和方法，断口包含的信息是可以破译＂的，析断口可以获取失效的信息。
如何进行断口分析？
第一板斧：按图索骥
提供典型断口宏观照片，学习断口形貌特征，可以独立判断断口类型。
第二板斧：顺藤摸瓜
寻找到断裂的源头是整个分析的重中之重，否则后期的分析将成为无本之本。
第三板斧：一叶知秋
从一片树叶的掉落，可以预知秋天的到来。断口的微观和宏观信息也同样存在一定联系，通过断口微观特征观察也可以进一步验证宏观检查的判断结果。
综上，断口分析技术可以归纳为以下三点：
按图索骥，预判断口类型；顺藤摸瓜，寻找断裂源头；一叶知秋，微观佐证宏观
三、我的螺栓失效公开课
为了帮助大家更好掌握螺栓失效的鉴别技术，4月27日20时，受仿真秀平台的邀请，我将在仿真秀平台公开直播失效分析基础及应用案例第一期讲座《紧固件失效分析五步法及实例讲解》，欢迎报名，以下是课程安排
作者：潘安霞 仿真秀专栏作者，中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司失效分析高级工程师，现任全国机械工程学会失效分析分会委员、中国中车技术专家，中车计量理化培训讲师，主要从事轨道交通行业齿轮、紧固件、弹簧等关键零部件失效分析研究工作，著有。《紧固件失效分析与案例》
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