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發動機曲柄斷裂失效-熱處理案例分析

2024年11月11日 仁成精密鋼管廠1333???3??? 鋼鐵知識 百度未收錄 № 117617
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？

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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？

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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。

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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？

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2019年12月12日 5:53 黠心明 [广东省市辖区网友]

Professional manufacturer！

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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。

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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

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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？

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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

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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。。

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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？

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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？

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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！

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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！

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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！

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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..

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2019年12月11日 18:07 [广东省徐闻县网友]

专业好文章！

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2019年12月11日 17:40 [甘肃省岷县网友]

质量好才是真的好。

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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？

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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。

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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。

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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。

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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。

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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？

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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

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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？

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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！

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2019年12月11日 12:14 [安徽省花山区网友]

专业的 专家！

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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。

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2019年12月11日 11:11 灵瞳

好文章！收藏了。

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