柴油發(fā)動(dòng)機(jī)連桿斷裂原因分析

1、失效分析柴油發(fā)動(dòng)機(jī)連桿斷裂原因分析成俊峰,李杰民,李秀芬(邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司,邢臺(tái)054025摘要:應(yīng)用金相、掃描電鏡、能譜分析等手段,分析了柴油機(jī)連桿斷裂原因。認(rèn)為連桿的斷裂是由于材料中存在的顯微孔洞和夾雜物導(dǎo)致產(chǎn)生鍛造裂紋,在隨后調(diào)質(zhì)過程中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展,致使使用時(shí)發(fā)生脆性斷裂。關(guān)鍵詞:顯微孔洞;夾雜物;沿晶斷口中圖分類號(hào):U464.133文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):100124012(20020920407202THE FRACTU RE ANAL YSIS OF CONN ECTIN G RODS OF DIESEL EN GIN ECHENG Jun2feng,L I Jie2ming

2、,L I Xiu2fen(Xiangtai Machinery and Milling Roll Ltd.Co,Xingtai054025,ChinaAbstract:The fractured connecting rods of diesel engine were analyzed by means of SEM,EDS and metallograph2 ic test.The results showed that cracks by the forging cracks which results from microholes and inclusions of the mate

3、rial were developed in quenching and tempering,and led rods fracture finally.K eyw ords:Microholes;Inclusions;Intergranular fracture連桿是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件之一。某廠生產(chǎn)的一批45鋼連桿在使用過程中,多次突然斷裂,直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命,給企業(yè)和用戶造成了很大經(jīng)濟(jì)損失。該連桿采用45鋼制造,主要工藝流程:下料模鍛粗加工調(diào)質(zhì)精加工。1檢驗(yàn)與結(jié)果1.1宏觀斷口形貌圖1為宏觀斷口形貌。斷裂發(fā)生在連桿桿身的小頭端部,橫向斷裂,斷口平齊,斷口上放射性撕裂棱線逆指向裂紋源區(qū)

4、。裂紋源區(qū)位于連桿過渡圓角的中部(圖1中箭頭所指處,其上有一個(gè)黑色點(diǎn)狀區(qū)域,并以此為圓心,有一個(gè)半徑約3mm的半圓,斷口兩側(cè)較白亮,可見較寬的疲勞弧線。1.2化學(xué)成分連桿的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1,符合45鋼的成分要求。1.3酸浸試驗(yàn)收稿日期:20012122 11圖1連桿斷口形貌表1連桿化學(xué)成分分析結(jié)果%材料C Si Mn P S45鋼0.420.500.170.370.500.801.4金相檢驗(yàn)光學(xué)顯微鏡下觀察,其金相組織為回火索氏體,晶粒度10級(jí)(按Y B/T5148-1993。1.5硬度測定74第38卷第9期2002年9月理化檢驗(yàn)2物理分冊PTCA(PART A:PHYSICAL TE

5、STIN GVol.38No.9Sep.2002 圖2中心軸線上的夾雜物經(jīng)測定,連桿表面的布氏硬度為268HB 。1.6微觀斷口形貌在S 2200掃描電鏡下觀察斷口形貌,裂紋源區(qū)的斷口已發(fā)生不同程度的氧化,在此區(qū)域的工件表層上可觀察到孔洞如圖3;該源區(qū)斷口呈沿晶斷口,其上有孔洞和夾雜物,見圖4。用Link 2860能譜儀對(duì)夾雜物作定性分析,其成分為硅、鈣和硫。裂紋擴(kuò)展區(qū)為解理斷口。終斷區(qū)斷口較新鮮,呈韌性斷口,可觀察到大量的孔洞和夾雜物,見圖5 。圖3工件表層的顯微孔洞形貌119 ×圖4裂紋源區(qū)的斷口形貌894×2分析與討論發(fā)動(dòng)機(jī)連桿工作時(shí),處于高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),承受交變的

6、拉壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力,要求材料有足夠的抗彎和抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及良好的韌性。 綜合上圖5終斷區(qū)的孔洞和夾雜物形貌282×述檢測結(jié)果,失效連桿的化學(xué)成分符合要求,晶粒度10級(jí),熱處理后的組織與性能符合技術(shù)要求,但材料的冶金質(zhì)量欠佳。從宏觀斷口形貌看,連桿的斷口平齊,說明斷裂前塑性變形量很小,是典型的脆性斷裂。從裂紋源區(qū)的黑色點(diǎn)狀區(qū)域分析可知,黑色產(chǎn)物是加熱時(shí)高溫氧化所致,說明淬火加熱前已有裂紋形成。桿身這一微小裂紋的存在,加之連桿材料內(nèi)部存在著較多的非金屬夾雜物和顯微孔洞,破壞了鋼基體的均勻性,產(chǎn)生應(yīng)力集中。在調(diào)質(zhì)熱處理過程中,當(dāng)組織應(yīng)力和熱應(yīng)力超過鋼的強(qiáng)度時(shí),引起淬火裂紋(圖3上半圓形區(qū)域,使原來的微小裂紋得以擴(kuò)展。材料內(nèi)部的夾雜物和顯微孔洞缺陷的存在,同時(shí)也降低了鋼的強(qiáng)度和韌性,使工件在正常工作應(yīng)力下,過早形成疲勞裂紋。隨著交變應(yīng)力的持續(xù)作用,裂紋逐漸向截面的其余部分?jǐn)U展,直至構(gòu)件發(fā)生斷裂。3結(jié)論與改進(jìn)措施該連桿的斷裂是由于材料中存在較嚴(yán)重的顯微孔洞和夾雜物,并產(chǎn)生鍛造裂紋;調(diào)質(zhì)處理時(shí),裂紋得以擴(kuò)展;在使用過程中,隨著交變應(yīng)力的持續(xù)作用,裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展,直至斷裂。改進(jìn)措施:控制材料的冶金質(zhì)量,減少孔洞和夾雜物。加強(qiáng)工序間質(zhì)量監(jiān)督和必要的檢測手段,及時(shí)發(fā)現(xiàn)工件存在的缺陷。參考文獻(xiàn):1吳連生.失效分析講座J .理化檢驗(yàn)2物理分冊,1995,31(10:58-