发动机曲轴短里程失效原因分析

王旭阳，于晓东，孙军，吕世杰，刘增辉

天润曲轴股份有限公司 山东威海 264413

内燃机在工作时，曲轴承受着周期性变化的气体压力和活塞连杆组往复运动及旋转运动的惯性力，其工作环境非常恶劣。曲轴长期受到周期性的弯曲、扭转和振动等复杂载荷的作用，极易出现扭转、弯曲变形甚至产生裂纹和断裂[1-2]。某非调质钢曲轴运行了约2万km，在第4主轴承圆角附近断裂，第4主轴承轴颈磨损出现沟槽，轴颈表面烧伤至黑色，如图1所示。曲轴加工的主要工艺流程：锻造→控温冷却→表面淬火→回火→机加工。

图1 失效曲轴

1 研究方法

使用ARL EasySpark 1160直读光谱仪检验化学成分，使用HBS-3000布氏硬度计、HV-50型维氏硬度计、MTS C43拉伸试验机等检验材料的力学性能，使用ZEISS Axio Observer D1M显微镜观察断口附近的显微组织。通过以上方法，分析查找曲轴失效的原因。

2 检验结果与分析

2.1 宏观断口观察

对断口表面进行观察，轴颈表面烧蚀呈黑色并拉出沟槽，如图2所示。从断口形态看，失效模式为弯扭复合断裂，裂纹源区位于第4主轴承圆角附近，源区有疲劳扩展痕迹；瞬断区面积约占断面的2/3，解理断裂特征明显，推测断裂时的应力较大[3]。

图2 断面及烧蚀轴颈

2.2 化学成分检验

在第4主断裂位置附近的曲柄取样进行化学成分检测，结果见表1，符合技术要求。

表1 化学成分检测结果（质量分数） （%）

2.3 显微组织观察

从断口裂纹源处取样，使用2%的硝酸乙醇浸蚀，腐蚀后的淬火区如图3所示，可见轴颈正常淬火区出现一层白亮区。依据GB/T 6394—2002和GB/T 13320—1991评判基体组织为珠光体+网状铁素体，晶粒度7～7.5级（技术要求5～8级），带状组织1级，如图4a所示。……