轿车消声器失效分析

原化油器轿车为适应环保要求，改装后加三元催化净化器，尾气排放达到环保要求，但运行20000km左右，发生主消声器严重腐蚀，排气管与内隔盘焊接处尤为严重，局部穿孔而使管子脱落，见图1所示。排气管材料为1Cr13，内隔盘材料为AlSl 409。

失效消声器宏观形貌属腐蚀失效，表面布满腐蚀产物，见图2。取样用扫描电镜及能谱仪分析，断口呈沿晶腐蚀，见图3～图4、图7、图8；腐蚀产物中有大量的氧和硫，见图6。

取样作金相分析，1Cr13排气管为回火索氏体组织。AISl409隔盘为等轴晶的铁素体组织，并有沿铁素体晶界扩展的裂纹，见图9～图14。

取腐蚀产物作x射线衍射分析，腐蚀产物中主要有α—Fe₂O₃、FeO(OH)和Fe₃(SO₄)₂·(OH)₅2H₂O。

分析结果说明消声器为腐蚀失效。引起腐蚀的原因主要是由于汽油中含硫量较高。硫经燃烧后生成SO₃和SO₂气体。轿车在加装三元催化器后，废气中的有害气体CO和HxCy发生氧化反应，NO发生还原反应，使废气在催化剂作用下发生一系列的化学反应，转化为无害的CO₂、N₂和H₂O。同时SO₃、SO₂和H₂O发生充分混合，一旦在排气过程被冷凝，便生成稀H₂SO₄，于是在迷宫型的消声器内发生硫酸腐蚀，造成排气管脱落而使消声器失效。由分析结果说明消声器内存在两种腐蚀类型，表面大面积的腐蚀形式属全面腐蚀，焊接部位的裂纹属应力腐蚀失效。 

图1 实物

图号：图1

说明：将失效消声器外壳割去后的内部形貌，三根管子中两根带孔的管子材料为1Cr13，中间一根及隔盘材料为AISl 409。管子与隔盘的焊接处腐蚀最为严重，局部腐蚀穿透引起管子脱落，三根管子表面均覆盖有黄锈。

图2 宏观

图号：图2

说明：为图1的局部放大，中间一根AISl 409材料管子局部已腐蚀穿透，与隔盘的焊接部位也已腐蚀穿透，引起管子脱落。左边一根1Cr13管子表面布满腐蚀产物。

图3 SEl  80×

图号：图3

说明：1Cr13排气管上取样，扫描电镜下表面腐蚀产物图像。具有龟裂状的腐蚀产物，形似干结的泥土形成的裂纹，故常称为泥状花样。

图4  SEl  80×                                                   图5  SEl  1500×

图号：图4、图5

说明：图4为内隔盘上取样扫描电镜下腐蚀产物图像，也为泥状花样。这种泥状花样的表面经高倍放大，为颗粒状腐蚀产物紧密排列在一起，如图5所示。

图6

图号：图6

说明：对上述两种材料表面的腐蚀产物用扫描电镜能谱仪作分析，得到的能谱分析图。图中除材料中的铁、铬、锰、硅等正常元素外，检测到含量较高的氧和硫元素，经能谱仪半定量计算，氧含量达30％以上，硫含量为2。8％。说明腐蚀主要由硫造成。

图7  SEl  1000×

图号：图7

说明：对试样表面的腐蚀产物作适当清洗后，大部分腐蚀产物清洗掉，在扫描电镜观察时，观察到沿晶腐蚀的特征。图为1Cr13材料表面形貌，由于沿晶开裂的表面上仍有腐蚀产物覆盖，使得沿晶形貌不明显。

图8

图号：图8

说明：AISl 409材料表面腐蚀形貌。表面虽经清洗，仍有腐蚀产物覆盖，但尚能分辨出沿晶断裂的特征。

 图9 OMI 25X                                                 图109 OMI 63X

图号：图9～图11

说明：图9为内隔盘焊接处经三氯化铁盐酸水溶液浸蚀后的显微组织形貌。右上为焊缝组织，409钢显微组织为铁素体，其上有沿晶裂纹。图10为图9的局部放大像，可见到裂纹沿铁素体晶界扩展的形态，其裂纹具有应力腐蚀开裂特征。热影响区晶粒明显大于基体晶粒。

图11所示为抛光态下隔盘表面腐蚀形貌，可见沿晶腐蚀并造成铁素体晶粒脱落的特征。 

图12   0MI   25X

图号：图12～图14

说明：此三幅照片的试样均经三氯化铁盐酸水溶液浸蚀。图12为两种材料焊接部位显微组织，右上方为1Cr13材料的回火索氏体组织，中间为焊缝组织，下部为AISI 409钢的等轴铁素体晶粒，其上由于腐蚀而断裂，仅留下几颗晶粒，并有沿晶裂纹。

图13为1Crl3高倍下显微组织形貌，回火索氏体。

图14  0MI  200×

图14为焊缝处显微组织即铁素体、贝氏体、马氏体混合组织。