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曲柄失效分析及预防措施
青岛德盛机械制造有限公司山东郝丰林姜国华
我公司是一家专业曲轴连杆总成生产商。有一种采如图所示,裂纹源在近内孑凸台处,裂纹呈放射状,
用渗碳材料制造的曲柄,要求扭矩达到· 。加工从此处开始并向内部扩展。其低倍形貌如图所示。
后的曲柄在与曲柄销、连杆压合的过程中,曲柄孔部出
现裂纹。。
曲柄采用国产材料。曲柄的加工流程为:
下料一锻造一机加工一渗碳空冷一淬火一回火一酸洗一
机加工一压合。曲柄在压合后出现裂纹,有的当时就出
现,有的在左右出现,裂纹率为%,裂纹的形式
如图所示。裂纹位置有的在孔的外边缘、端面,也有的
从孔内开始裂的。由于公司的检测仪器及经验有限,故我
们委托山东大学简称:山大高分辨分析中心检测。图曲轴断的低倍形貌×
.断口微观分析
进一步放大后,可见该曲轴的断口微观形貌,渗碳
层断口为石状断。如图所示,断是沿晶断裂,脆
性很大,且为混晶,有淬火过热倾向。断口上面分布着
许多二次裂纹,证明应力较大。断口边缘有腐蚀痕迹,
证明表面有微裂纹,心部断为韧性断口如图所
示
图
一
、检测结果
需要说明的是,检测结果仅指来样。
.断口宏观分析
断裂曲轴沿垂直于轴向的方向断裂,宏观断形貌
图曲轴宏观断口的形貌图曲轴渗碳层断微观形貌
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.
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图心部组织
.结论与建议
该曲轴渗碳淬火组织为较粗大的高碳回火马氏体加
残余奥氏体。曲轴心部组织为低碳马氏体加少量贝氏
体。渗碳层断口为沿晶石状断,且有二次裂纹,脆性
×
很大,并有混晶。渗碳淬火层表面处有酸洗时造成的
图曲轴心部断口微观形貌
许多沿晶腐蚀裂纹,是曲轴的应力集中处,裂纹源易在
.金相分析
此产生,导致曲轴发生断裂。
曲轴渗碳淬火层组织表面淬硬层组织为较粗
建议:原材料锻后采用正火,工件由酸洗改为喷
大的高碳回火马氏体加残余奥氏体如图所示。渗
丸。
碳淬火层表面处有许多裂纹,该裂纹是酸洗时造成
二、改进措施
的,是曲轴的应力集中处,曲轴断裂的裂纹源容易在此
根据山大提供的建议,我们将曲柄的加工工艺调整
产生。当裂纹源产生后,由此处向内部扩展导致开裂。
为:下料一锻造一正火一机加工一渗碳空冷一淬火一回
心部组织该曲轴心部组织为低碳马氏体加少
火一喷丸一机加工一压合,并重新试制套,发现其
量贝氏体,如图所示。
中%左右仍存在裂纹。由此说明,检测的曲轴除山大
分析的断裂原因外,还有别的原因,但裂纹的位置与以
前差不多。
原图的技术要求为:材料为意大利牌
号;采用渗碳处理;表面硬度—;心部硬度
× ~;硬化层.~.。
检测失效曲柄的结果为:材料为;表面硬
度~;心部硬度~;硬化层.~
.。
三、结论与分析
两种材料化学成分质量分数和淬透性对比如表
× ×
图渗碳淬火层组织和表所示。其中的—,
表钢的牌号及化学成分质量分数%
材料牌号
. . ~. .~. . ~. . ~. .~. ≤. .~.
. ~. .~. . 一. .