柴油發(fā)動機連桿斷裂原因分析

1、失效分析柴油發(fā)動機連桿斷裂原因分析成俊峰,李杰民,李秀芬(邢臺機械軋輥有限公司,邢臺054025摘要:應用金相、掃描電鏡、能譜分析等手段,分析了柴油機連桿斷裂原因。認為連桿的斷裂是由于材料中存在的顯微孔洞和夾雜物導致產生鍛造裂紋,在隨后調質過程中裂紋進一步擴展,致使使用時發(fā)生脆性斷裂。關鍵詞:顯微孔洞;夾雜物;沿晶斷口中圖分類號:U464.133文獻標識碼:B文章編號: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)動機中的重要零件之一。某廠生產的一批45鋼連桿在使用過程中,多次突然斷裂,直接影響發(fā)動機的壽命,給企業(yè)和用戶造成了很大經濟損失。該連桿采用45鋼制造,主要工藝流程:下料模鍛粗加工調質精加工。1檢驗與結果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,其上有一個黑色點狀區(qū)域,并以此為圓心,有一個半徑約3mm的半圓,斷口兩側較白亮,可見較寬的疲勞弧線。1.2化學成分連桿的化學成分(質量分數見表1,符合45鋼的成分要求。1.3酸浸試驗收稿日期:20012122 11圖1連桿斷口形貌表1連桿化學成分分析結果%材料C Si Mn P S45鋼0.420.500.170.370.500.801.4金相檢驗光學顯微鏡下觀察,其金相組織為回火索氏體,晶粒度10級(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能譜儀對夾雜物作定性分析,其成分為硅、鈣和硫。裂紋擴展區(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)動機連桿工作時,處于高速往復運動狀態(tài),承受交變的

6、拉壓應力和彎曲應力,要求材料有足夠的抗彎和抗拉強度、疲勞強度及良好的韌性。 綜合上圖5終斷區(qū)的孔洞和夾雜物形貌282×述檢測結果,失效連桿的化學成分符合要求,晶粒度10級,熱處理后的組織與性能符合技術要求,但材料的冶金質量欠佳。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)的黑色點狀區(qū)域分析可知,黑色產物是加熱時高溫氧化所致,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,產生應力集中。在調質熱處理過程中,當組織應力和熱應力超過鋼的強度時,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展。材料內部的夾雜物和顯微孔洞缺陷的存在,同時也降低了鋼的強度和韌性,使工件在正常工作應力下,過早形成疲勞裂紋。隨著交變應力的持續(xù)作用,裂紋逐漸向截面的其余部分擴展,直至構件發(fā)生斷裂。3結論與改進措施該連桿的斷裂是由于材料中存在較嚴重的顯微孔洞和夾雜物,并產生鍛造裂紋;調質處理時,裂紋得以擴展;在使用過程中,隨著交變應力的持續(xù)作用,裂紋進一步擴展,直至斷裂。改進措施:控制材料的冶金質量,減少孔洞和夾雜物。加強工序間質量監(jiān)督和必要的檢測手段,及時發(fā)現工件存在的缺陷。參考文獻:1吳連生.失效分析講座J .理化檢驗2物理分冊,1995,31(10:58-