曲轴扭转疲劳断裂分析.pdf

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1、2010年第5期(总第119期)内燃机与动力装置I．C．E＆Powerplant2010年10月【故障分析】曲轴扭转疲劳断裂分析邵诗波1，李学鹏2(1．天润曲轴股份有限公司，山东文登26,*400；2．济南鲍德汽车运输有限公司，山东济南250101)摘要：发动机曲轴在进行扭转疲劳试验过程中出现非正常疲劳裂纹，裂纹未从应力最集中的油孔处起源，造成曲轴扭转疲劳强度达不到设计要求。分析认为造成曲轴非正常扭转断裂的原因是油孔内壁存在加工沟槽，通过钻完油孔后采用旋转锉打磨，提高了曲轴的扭转疲劳强度。关键词：曲轴

2、；扭转疲劳；裂纹中图分类号：TK407文献标志码：A文章编号：1673—6397(2010)05—0052—03AnalysisofFatigueandCrackofCrankshaftSHAOShi—b01，LIXue-pen92(1．TianrunCrankshaftCo．，Ltd．，Wendeng264400，China；2．JinanBaodeAutoTransportationCo．，Ltd．，Jinan250101，China)Abstract：Dm'ir培fatiguetestofcra

3、nkshaft，80nlecracksOCCIIZ，butdonotappeararoundtheoilholeswithstrongsn嘲．SOthetorquefatiguestrengthfailstomeetthedesigneddemand．ItisfoundedtheabnomalcrackinthecrankshaftisCallusedbythegroovemachinedinsidetheoilholewall．Grind-ingtothefinishedoilholeisadapt

4、edandfinallythetorquefatiguestrengthhasbeenimproved。KeyWords：Crankshaft；TorqueFatigue；Crack引言1扭转疲劳裂纹形态曲轴是发动机的核心部件之一，作为动力输出的主要载体，工作中承受着复杂的弯曲和扭转载荷。统计表明，曲轴的疲劳断裂有80％是弯曲疲劳断裂，扭转疲劳断裂的比例不到20％。然而，随着汽车和发动机行业的发展，大马力增压机型不断应用，作用在曲轴上的激振力和扭转载荷越来越大，曲轴扭转失效的案例不断增多，曲轴的扭转疲

5、劳强度问题日益得到关注⋯。目前，国内对曲轴扭转疲劳试验没有权威的方法，且各主机厂和曲轴生产厂对扭转疲劳试验工作开展的也不多。利用电动谐振式曲轴扭转疲劳试验装置心3在对国外一款新型发动机曲轴进行扭转疲劳试验时出现非正常裂纹，曲轴扭转疲劳强度达不到设计要求，为此进行了分析并提出了解决办法。试验曲轴为合金钢模锻，表面感应淬火。一般情况下，曲轴轴颈l：的油孔可视为尖锐缺口成为扭转疲劳断裂的裂纹’源[1

6、。然而本次扭转疲劳试验后进行磁粉探伤，裂纹位于连杆轴颈，延油孔走向，以约45度方向扩展，但未通过油孔口，见图

7、l。图1疲劳裂纹示意图作者简介：邵诗波(1973一)，男，山东文登人，工程师，主要研究方向为发动机材料。2010年第5期邵诗波，等：曲轴扭转疲劳断裂分析·53·2机械性能及金相检验分析(1)从断裂曲轴法兰端取拉伸试样和硬度试样，按照GB／T228“金属材料搴温拉伸试验方法”进行拉伸试验，按照GB／T231．1“金属布氏硬度试验第1部分：试验方法”进行硬度检验。其结果均符合技术要求，见表1。表1断裂曲轴硬度检验结果抗拉强度厢服强度延伸率断面收缩率硬度值R。(MPa)尺Do．2(MPa)A(％)Z(％)(

8、HBW)检验结果88l，儿14．4244技术璺求≥689，#，207—277(2)从疲劳裂纹处制取金相试样，检验基体的金相组织为铁素体环绕珠光体晶团，晶粒度3级，满足设计要求的晶粒度大于2级的要求，见图2。检验非金属夹杂物为A类1级，满足A类夹杂物不大于2级的设计要求，见图3。图2断口金相组织(100×)图3夹杂物照片(100X)3表面感应淬火检验分析从裂纹所在轴颈取淬火试样，按照GB／T5617—2005“钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定”采用硬度梯度法测定淬火层深度，其结果符合技术要求

9、，见表2。表2断裂曲轴淬火层深度测量结果轴颈淬硬圆角淬碗圆角淬硬凸台淬硬表面硬度层口Ⅳmm层'ff,．／mm层ffr,／mm层深mm层ffc／mmHRC擒验结果5．153．63．Ol3．732．7349．5技术要求≥2．29≥1．78≥0．7630．7645—50观测淬火层宏观图片呵见淬火轮廓均匀饱满，无异常现象，见图4。将淬火层抛光后经4％硝酸酒精浸蚀后，在显微镜下观察，淬火层显微组织为微细回火马氏体，按JB／T9204“钢件感应淬火金相检验”⋯标准评