柴油发动机连杆断裂原因分析

1、失效分析柴油发动机连杆断裂原因分析成俊峰,李杰民,李秀芬(邢台机械轧辊有限公司,邢台054025摘要:应用金相、扫描电镜、能谱分析等手段,分析了柴油机连杆断裂原因。认为连杆的断裂是由于材料中存在的显微孔洞和夹杂物导致产生锻造裂纹,在随后调质过程中裂纹进一步扩展,致使使用时发生脆性断裂。关键词:显微孔洞;夹杂物;沿晶断口中图分类号:U464.133文献标识码:B文章编号: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连杆是柴油发动机中的重要零件之一。某厂生产的一批45钢连杆在使用过程中,多次突然断裂,直接影响发动机的寿命,给企业和用户造成了很大经济损失。该连杆采用45钢制造,主要工艺流程:下料模锻粗加工调质精加工。1检验与结果1.1宏观断口形貌图1为宏观断口形貌。断裂发生在连杆杆身的小头端部,横向断裂,断口平齐,断口上放射性撕裂棱线逆指向裂纹源区

4、。裂纹源区位于连杆过渡圆角的中部(图1中箭头所指处,其上有一个黑色点状区域,并以此为圆心,有一个半径约3mm的半圆,断口两侧较白亮,可见较宽的疲劳弧线。1.2化学成分连杆的化学成分(质量分数见表1,符合45钢的成分要求。1.3酸浸试验收稿日期:20012122 11图1连杆断口形貌表1连杆化学成分分析结果%材料C Si Mn P S45钢0.420.500.170.370.500.801.4金相检验光学显微镜下观察,其金相组织为回火索氏体,晶粒度10级(按Y B/T5148-1993。1.5硬度测定74第38卷第9期2002年9月理化检验2物理分册PTCA(PART A:PHYSICAL TE

5、STIN GVol.38No.9Sep.2002 图2中心轴线上的夹杂物经测定,连杆表面的布氏硬度为268HB 。1.6微观断口形貌在S 2200扫描电镜下观察断口形貌,裂纹源区的断口已发生不同程度的氧化,在此区域的工件表层上可观察到孔洞如图3;该源区断口呈沿晶断口,其上有孔洞和夹杂物,见图4。用Link 2860能谱仪对夹杂物作定性分析,其成分为硅、钙和硫。裂纹扩展区为解理断口。终断区断口较新鲜,呈韧性断口,可观察到大量的孔洞和夹杂物,见图5 。图3工件表层的显微孔洞形貌119 ×图4裂纹源区的断口形貌894×2分析与讨论发动机连杆工作时,处于高速往复运动状态,承受交变的

6、拉压应力和弯曲应力,要求材料有足够的抗弯和抗拉强度、疲劳强度及良好的韧性。 综合上图5终断区的孔洞和夹杂物形貌282×述检测结果,失效连杆的化学成分符合要求,晶粒度10级,热处理后的组织与性能符合技术要求,但材料的冶金质量欠佳。从宏观断口形貌看,连杆的断口平齐,说明断裂前塑性变形量很小,是典型的脆性断裂。从裂纹源区的黑色点状区域分析可知,黑色产物是加热时高温氧化所致,说明淬火加热前已有裂纹形成。杆身这一微小裂纹的存在,加之连杆材料内部存在着较多的非金属夹杂物和显微孔洞,破坏了钢基体的均匀性,产生应力集中。在调质热处理过程中,当组织应力和热应力超过钢的强度时,引起淬火裂纹(图3上半圆形区域,使原来的微小裂纹得以扩展。材料内部的夹杂物和显微孔洞缺陷的存在,同时也降低了钢的强度和韧性,使工件在正常工作应力下,过早形成疲劳裂纹。随着交变应力的持续作用,裂纹逐渐向截面的其余部分扩展,直至构件发生断裂。3结论与改进措施该连杆的断裂是由于材料中存在较严重的显微孔洞和夹杂物,并产生锻造裂纹;调质处理时,裂纹得以扩展;在使用过程中,随着交变应力的持续作用,裂纹进一步扩展,直至断裂。改进措施:控制材料的冶金质量,减少孔洞和夹杂物。加强工序间质量监督和必要的检测手段,及时发现工件存在的缺陷。参考文献:1吴连生.失效分析讲座J .理化检验2物理分册,1995,31(10:58-