某型柴油机连杆断裂失效分析.pdf

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1、李小泉曼茂立：某型柴油机连杆断裂失效分析35某型柴油机连杆断裂失效分析FanureAnalysisofDieselEn西neCo衄ectingRod李小泉曼茂立(承德石油高等专科学校)[摘要]柴油机连杆出现断裂，金相分析和扫描电镜分析表明螺栓孔孔壁与孔端部平面相交部位应力集中处在应力作用下产生微裂纹，形成疲劳扩展区，最终连杆在杆身与大头之间瞬间断裂。[关键词]连杆疲劳断裂失效分析AbStract：Connectingmdsofdieselengineappearfhcture，metallo铲aphicanalysisa

2、ndSEManal—ysisindicatethatboltholeandtheholeendplaneintersectionpmducestressconcentration，fo姗fatigueextendedarea．Finally，theinstantaneouscrackpIDducedbetweentheIDdbodyaIldthehead．KeywoI。ds：ConnectingrodFractureFailureanalysis某发动机工作时出现异响，经检查，发动机内连杆断裂，如图1所示。连杆在杆身与大

3、头之间断裂，连杆杆身中部受撞击弯曲，连杆材料为40cr，经调质处理。为分析失效原因用扫描电子显微镜、对连杆断口进行分析，并提出预防和解决措施。图1连杆断裂形貌活塞顶部有少量积碳，裙部已破碎，如图2所示。活塞顶面没有撞击痕迹。说明连杆断裂不是由于活塞受到撞击引起。连杆大头仍在曲轴上，2个连杆螺栓完好。轴瓦颜色白亮，没有发生烧瓦、抱轴现象，见图3，说明连杆断裂不是由于烧瓦、抱轴引起。图3轴瓦形貌连杆断口较平坦，断口的2个断面部分区域已擦伤，并存在磕碰伤痕，见图4。依据GB／T3077一1999《合金结构钢》标准进行化学成分分

4、析，连杆化学成分检验结果符合40Cr要求，见表l。3硬度测定雕黼《一固内燃机与配件2015年第5期采用HR—150型洛氏硬度计测定硬度。测定结果见表2。连杆小头平面硬度为28—30HRC，连杆大头平面硬度为29—32HRC，符合要求。表142CrMo连杆的化学成分(质量分数，％)项目CsiMnPScrCul连杆实测值0．柏0．260．620．0Il000280．∞0．∞0lGB，r3077标准0．37～O．440．”～O．37％0．5～0．蝴郢’035郢．0350．∞～1．10'61抑．030表2连杆硬度／HRc测定部位

5、l2345连杆小头平面28293029连杆大头平面3230293l304金相组织分析依据GB／T13298—1991《金属显微组织检验方法》取样，在裂纹源区切取垂直于断口截面的试样进行金相组织观察，结果见图2。由图5可见，失效连杆心部基体组织为回火索氏体，基体组织正常。图5连杆断裂处金相组织4微观分析截取连杆杆身侧断面约10mm厚试样，用Qu粕ta200FEG型扫描电子显微镜观察连杆断口。由于连杆断口右边严重撞击，形貌被破坏。因此观察断面左边中a、b、c、d、e、f各点形貌，见图6。一I：扩絮图6连杆杆身侧断面电子显微镜

6、观察位置一一』‘l图7a点形貌a点形貌见图7，为裂纹起始部位。该处是螺栓孔孔壁与孑L端部平面相交部位，成90度夹角，形成应力集中处，是螺栓断裂的裂纹源。b点、c点、d点形貌见图8～图10，呈现疲劳裂纹，为裂纹扩展区，表明断口为疲劳断口，连杆的失效性质是疲劳断裂⋯。1)发动机在工作时，在活塞的惯性和和曲轴的带动下，连杆受到弯、拉应力的不断作用下，在螺栓孔孑L壁与孔端部平面相交部位应力集中处产生微裂纹，形成疲劳源，见图14。图14螺栓孔孔壁与孔端部平面相交部位产生徽裂纹2)裂纹向左、右两边沿着与连杆轴线相垂直李小泉曼茂立：某

7、型柴油机连杆断裂失效分析37的方向扩展，形成疲劳扩展区心】。3)最终连杆在杆身与大头之间瞬间断裂。4)断裂的连杆大头在曲轴带动下撞击连杆，连杆杆身撞弯。5)连杆杆身把活塞裙部和缸套打碎，见图16。连杆杆身撞击缸体壁，在缸体壁上打出一个破洞见图17。连杆断裂过程示意图，见图15。3)裂纹继续扩展(4)连杆断裂图15连杆断裂过程示意图幽l7缸体墨打硬6结论1)连杆断口呈现疲劳条纹，表明断口为疲劳断口，因此连杆的失效性质是疲劳断裂。2)螺栓孔孔壁与孔端部平面相交部位应力集中处为疲劳源，在应力作用下产生微裂纹，裂纹扩展，形成疲劳

8、扩展区，最终连杆在连杆杆身与大头之间瞬间断裂∞)。7建议1)改进设计与加工工艺，避免螺栓孑L孔壁与孔端部形成90度夹角，使此处圆滑过渡，以降低应力集中。2)检测发动机曲轴的动平衡和振动情况。参考文献[1]钟群鹏．断口学[M]．北京：高等教育出版社，2005．[2]王荣滨，连杆失效分析与影响调质钢力学性能的因素[J]，