某四缸汽油机曲轴断裂失效分析.pdf

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1、内燃机与配件2014年第6期某四缸汽油机曲轴断裂失效分析FailureAnalysisofCrankshaftFractureforsomeFour——CylinderGasolineEngine李艳利孟祥程胡洪涛杨从洛(长城汽车股份有限公司河北省汽车工程技术研究中心)[摘要]针对一起性能试验中的汽油机曲轴断裂问题，对断口进行了宏观分析、微观分析、金相组织检验、力学性能检测等，对曲轴的断裂原因进行了分析。结果表明：该曲轴断裂失效是典型的疲劳失效，主要原因是第四连杆轴颈圆角滚压与沉割槽过渡处有接痕，产生应力集中导致的疲劳断裂，提高圆角滚压质量是解决该曲轴失效的根本途径。[关键词]汽油机曲轴疲

2、劳断裂圆角滚压故障分析Abstract：Asforthecrankshaftfractureinthegasolineengineperfonnancetest，thecausesarean—alyzedwithmacroanalysis，microanalysis，metallographicstructuretest，mechanicalpropertytest，etc．．Itisindicatedthatthecrankshaftfractureistypicalfatiguefailure，andthisismainlycausedbystressconcentrationgene

3、ratedbythelappingdefectbetweenthefilletrollingandundercutgapofthefourthcon—nectingrodjournal．Therefore，improvingthefilletrollingisthebasicsolutionforthiscrankshaftfailure．Keywords：GasolineengineCrankshaftFatiguefractureFilletrollingFailureanalysisU刖吾曲轴是发动机中的重要部件之一，发动机的全部功率均由曲轴输出。其材料的选择、结构参数、强化工艺等直

4、接影响发动机的可靠性与寿命。特别是在增压直喷汽油机中，曲轴的工作环境比较恶劣，工作过程中承受着周期性变化的爆发压力及活塞连杆组的往复惯性及旋转运动的惯性力作用，长期处于弯曲、扭转、振动等循环应力状态，特别是在连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处表面所产生的应力最大，是疲劳源。疲劳断裂是曲轴的典型失效模式。1故障现象某四缸汽油发动机进行性能试验时，发动机运行至900小时后出现燃烧分析仪信号丢失，发动机后端异响严重。拆解发现曲轴第四连杆轴颈与曲柄臂处断裂，如图1所示。该曲轴材质是42CrMo钢，毛坯锻造后进行正火、调质处理。主轴颈、连杆轴颈采用高频感应淬火，且主轴颈、连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角采用沉割

5、圆角滚压的强化工艺，以提高曲轴弯曲疲劳强度。为找出该曲轴断裂原因，进行断裂失效分析。图j曲轴断裂图片图2断口宏观照片2实验方法与结果2．1断口分析2．1．1宏观分析李艳利孟祥程胡洪涛杨从洛：某四缸汽油机曲轴断裂失效分析49该曲轴的断裂位于第四连杆轴颈与第八曲柄臂的过渡圆角处，从断口形貌上可看到，断口表面光滑，贝壳状疲劳花样清晰。如图2所示。2．1．2微观分析将断口放在扫描电镜下观察，可以看出断口处的疲劳扩展区有明显的疲劳辉纹，静断区微观形貌为韧窝。如图3所示。圈3断口微观照片小结：从断口分析结果可以确定，该曲轴属于疲劳断裂。接下来进一步分析该曲轴发生疲劳断裂的原因。2．2金相组织检测取断口

6、面做金相分析如图4所示。从图中看出断口组织为回火索氏体+少量条状铁素体，符合曲轴的金相组织技术要求。h鹣：0节“～．．汤鹱引F鬻、一”．“：≤戆j图44％硝酸酒精溶液腐蚀组织图片2．3化学成分分析对曲轴进行取样并进行成分分析，检测结果如表1所示，从表1可以看出该曲轴的材料成分符合技术要求。表1曲轴材料成分检测元素％CSSiMn标准值0．38～0．45≤0．0250．17～0．370．50～O．80测量值042O0030．240．63元素％PC17MoCu标准值≤0．02509～1．20015～O25≤020测量值0021．10O．160072．4力学性能检测在第一连杆轴颈取拉伸试样及硬度试

7、样进行力学性能检测，其检测结果如表2所示。表2曲轴力学性能检测结果l项目抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(％)基体硬度(HB)l技术要求≥900≥700≥12270～310I检测值93872015．5290从检测结果看，该曲轴的拉伸强度、延伸率及硬度均在技术要求范围内。2．5圆角设计校核为了分析曲轴圆角对疲劳安全系数的影响，对该曲轴重新进行强度校核计算。结果表明该曲轴的主轴颈危险区域在第五曲柄臂过渡圆角处；连杆