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發動機曲柄斷裂失效-熱處理案例分析

近期接到我公司一新品型號發動機臺架試驗曲柄斷裂失效件,對此斷裂曲柄進行了相關檢驗與分析,具體情況如下。


1. 零件描述
斷裂曲柄如圖1所示,斷裂曲柄總成為兩個曲柄連接而成,帶有連桿,曲柄桿部都帶有軸承,斷裂部位在其中一軸承外側根部,斷裂處有一約φ3.5mm鉆孔。宏觀觀察,斷口有摩擦痕跡,已無法清晰觀察斷口形貌,圖2為圖1a斷裂端的局部形態。

(a)失效曲柄總成

(b)斷裂部分

圖1  斷裂件位置


2. 檢驗結果
根據曲柄斷裂情況,在圖2中所示的斷口部位切取試樣1,斷裂另一部分切取試樣2進行斷口分析、材料成分、金相及硬度檢驗。

圖2  失效曲柄總成斷裂端宏觀形貌


(1)試樣1斷口分析
在斷頭處有一鉆孔,直徑約3.5mm,車痕較粗慥,如圖3a、3b所示。在顯微鏡下觀察斷口,鉆孔底部和曲柄的內孔之間有一厚度約為1mm的臺階,如圖3c所示。

(a)

(b)

(c)

圖3  試樣1斷口


(2)材料化學成分
曲柄材料要求為45鋼,經光譜分析其化學成分如表1所示,符合標準要求。

表1 曲柄化學成分(質量分數)  (%)


(3)試樣金相分析
將試樣2拋光后經2%硝酸酒精腐蝕后觀察,如圖4a所示。試樣周邊有一寬度為0.13mm的淬火層,如圖4b所示。內孔附近組織為回火索氏體+斷續網狀鐵素體,晶粒度為7級,硬度為22.4HRC,如圖4c所示。

(a)

(b) 

 (c)

圖4  試樣2金相


將試樣1研磨拋光后觀察,試樣周邊沒有感應淬火層,如圖5a所示。試樣1與試樣2內部組織均為組織為回火索氏體+斷續網狀鐵素體,晶粒度為7級,如圖5b所示。

(a) 

(b)

圖5  試樣外觀及內部金相組織


3. 斷裂狀態分析
通過分析,斷口雖然有破壞,但仍然可以大致判斷裂紋走向。鉆孔底部應為裂紋源發生部位,裂紋由此產生,并向內孔拓展貫通后再向周邊發展。先期形成裂紋斷面為大致平行軸向,后受工件回轉扭力影響裂紋轉向垂直軸向方向發展,在裂紋起始位置形成臺階。后裂紋持續發展到達軸外表面后進展速度不斷加快,直至在鉆孔位置對面發生瞬時斷裂。依據瞬時斷裂面積較小這一特征,綜合判斷此裂紋為低載高周疲勞斷裂。斷裂后工件兩斷面還維持了一定時間的相對運動,造成斷裂面磨蹭痕跡。

4. 結論及對策
該曲柄材料為45鋼,生產工序為:下料→鍛造→調質→機加工→感應淬火→磨削→裝配。根據工藝路線分析造成曲柄斷裂的主要原因有以下幾個方面:

(1)機加工鉆孔底部刀痕粗糙,造成應力集中,是產生裂紋的主要原因。

(2)工件內部組織存在斷續網狀鐵素體,造成工件強度下降,使裂紋能夠得以拓展。

(3)斷口處于工件感應淬火帶邊緣部位,表面未得到有效強化。

針對以上原因提出改進意見:
①φ3.5mm孔為油泵輪定位銷孔,考慮小孔徑鉆孔粗糙度難以控制,建議將此銷孔取消,油泵輪改為過盈壓裝定位,同時還避免了鉆孔對軸截面有效承載面積造成的損失,可提高軸整體強度。
②控制調質工序淬火條件,提高工件淬火冷卻速度,避免延晶界網狀鐵素體析出問題出現。
③加寬工件感應淬火位置帶,延伸至軸承壓裝位置,有效提高工件疲勞強度。

作者:劉雪冰、白強偉、張國卿

單位:洛陽北方易初摩托車有限公司發動機制造部

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

(本平臺"常州精密鋼管博客網"的部分圖文來自網絡轉載,轉載目的在于傳遞更多技術信息。我們尊重原創,版權歸原作者所有,若未能找到作者和出處望請諒解,敬請聯系主編微信號:steel_tube,進行刪除或付稿費,多謝!)
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2019年12月12日 11:00 [福建省尤溪县网友]

你好,我是网站的管理员,看到您的网址这么好,想做个友情链接,可以吗?

2019年12月12日 7:24 三顾茅庐 [湖南省沅陵县网友]

你们钢管的光洁度怎么样?

2019年12月12日 7:15 [湖南省天元区网友]

请问,你们厂在哪里?想过来考察一下。

2019年12月12日 6:58 [湖北省当阳市网友]

请问,你们管子最长做多长?

2019年12月12日 5:53 黠心明 [广东省市辖区网友]

Professional manufacturer!

2019年12月12日 5:28 倩人提刀 [河北省高邑县网友]

我们是电动车厂,30*4 你们什么价格?发报价单到:ergre74ef@189.cn 谢谢。

2019年12月12日 5:26 花落半歌 [河南省焦作市网友]

发一个国家标准GB/T3639-2009最新版的给我,我的邮箱是:love20894@163.com

2019年12月12日 5:22 依诺 [四川省市辖区网友]

请问你们都做哪些国外标准?

2019年12月12日 4:05 [河南省临颍县网友]

技术领先才是真的领先

2019年12月12日 1:34 和风戏雨 [河南省市辖区网友]

不错呀。。看起来。。

2019年12月12日 1:00 [广东省禅城区网友]

请问你们的材料用的是哪个钢厂的?

2019年12月12日 0:28 [黑龙江省郊区网友]

请问,你们钢管都有哪些材料?

2019年12月11日 23:41 泣幽鬼 [广西壮族自治区合山市网友]

好文,强推!收藏了!

2019年12月11日 22:27 演绎轮回 [河南省焦作市网友]

这就是专业知识,收葳了!

2019年12月11日 20:16 [湖南省市辖区网友]

天天都有更新呀,内容这么丰富!

2019年12月11日 20:14 [四川省阿坝藏族羌族自治州网友]

有技术 走遍天下都不怕呀..

2019年12月11日 18:07 [广东省徐闻县网友]

专业好文章!

2019年12月11日 17:40 [甘肃省岷县网友]

质量好才是真的好。

2019年12月11日 15:03 [湖南省岳阳市网友]

请问,问你们定购钢管 交货期一搬多少天?

2019年12月11日 14:52 和风戏雨 [河北省海港区网友]

你的微信号是多少?有个精密管问题想请教您一下。

2019年12月11日 14:06 [广西壮族自治区凤山县网友]

你好,打你们公司电话怎么没人接?有个钢管想问你们定。

2019年12月11日 14:01 [四川省攀枝花市网友]

您的手机号码是多少?有个钢管问题想请教一下。

2019年12月11日 13:24 罂粟 [陕西省太白县网友]

EN10305的标准怎么下载?直接发我邮箱吧:reqw342008@126.com 谢谢。

2019年12月11日 13:03 [黑龙江省红星区网友]

可以弱弱的问一句,什么是同心度吗?

2019年12月11日 12:54 神色自若 [江西省金溪县网友]

DIN 2391 最新标准是哪一年的?可以发一份给我吗我的邮箱是:gsrea154354@sohu.com

2019年12月11日 12:39 氧气 [安徽省市辖区网友]

请问你们钢管的精度做到多少丝?

2019年12月11日 12:32 思寸灰 [辽宁省铁西区网友]

你这篇文章我在钢管博客微信公众号上面看过了,到底是谁是原创呀!

2019年12月11日 12:14 [安徽省花山区网友]

专业的 专家!

2019年12月11日 11:31

请问,您电话是多少?有个管子 的问题想请教一下。

2019年12月11日 11:11 灵瞳

好文章!收藏了。

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