Page 89 - 理化检验-物理分册2023年第六期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202306020

柴油发动机曲轴的常见失效模式

丛建臣 1 , 2 , 于晓东 , 吕世杰 , 张华东 , 林治军 2

2
2
2

( 1. 山东理工大学 机械工程学院, 淄博 255049 ; 2. 天润工业技术股份有限公司, 威海 264413 )
摘 要: 使用扫描电镜、 能谱分析仪、 X 射线衍射仪、 光学显微镜、 显微硬度计、 拉伸试验机和直
读光谱仪等设备对失效曲轴进行了研究。分析了结构设计不当、 原材料缺陷、 装配不当、 使用不当
等因素导致曲轴失效的案例, 并提出了改进建议; 阐述了相关零部件与曲轴失效之间的关系。结果
表明: 应从设计、 材料、 热处理、 机械加工、 转运、 装配、 相关联接件、 使用过程及服役环境等诸多方面
对曲轴的失效进行排查并着手改进。

关键词: 曲轴; 过热; 疲劳; 应力集中; 失效模式

中图分类号: TG115.21 文献标志码: A 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 06-0073-05

Commonfailuremodesofdieselen g inecrankshaft

CONGJianchen , YUXiaodon g LYUShi j ie , ZHANGHuadon g LINZhi j un 2
2
1 , 2
2
2
,
,

( 1.MechanicalEn g ineerin gColle g e , Shandon gUniversit y ofTechnolo gy , Zibo255049 , China ;

2.TianrunIndustrialTechnolo gyCo. , Ltd. , Weihai264413 , China )

Abstract : Thefailurecrankshaftwasstudiedb y scannin g electronmicrosco py , ener gy s p ectrumanal y zer , X-

ra y diffractometer , o p tical microsco p e , microhardness tester , tensile testin g machine and direct readin g

s p ectrometer.Thecasesofcrankshaftfailurecausedb y im p ro p erstructuraldesi g n , rawmaterialdefects , im p ro p er

assembl y andim p ro p erusewereanal y zed , andsu gg estionsforim p rovementwerep utforward.Therelationshi p

betweenrelated p artsandcrankshaftfailurewasdescribed.Theresultsshowthatthefailureofcrankshaftshouldbe

investi g atedandim p rovedfromman y as p ectssuchasdesi g n , material , heattreatment , machinin g , trans p ortation ,

assembl y , relatedconnectors , use p rocessandserviceenvironment.

Ke y words : crankshaft ; overheat ; fati g ue ; stressconcentration ; failuremode
曲轴在发动机中长期受到周期性的弯曲、 扭转 主要有 QT700-2 、 QT800-3 等。如果在结构设计、
和振动等复杂载荷的作用, 极易出现扭转和弯曲变 材料设计、 铸造和锻造成型、 强化工艺、 机械加工、 装
形, 甚至产生裂纹和发生断裂 [ 1-2 ] 。曲轴的圆角等过 配、 使用等环节中出现问题, 曲轴均可能失效。笔者
渡区往往是应力集中处 [ 3 ] 。目前, 普遍采用感应淬 结合近年来各种实际曲轴故障案例, 从结构设计、 材
火、 气体氮化、 圆角滚压、 喷丸处理和激光冲击强化 料缺陷、 装配因素、 使用等方面分析和研究了柴油发
等方法对曲轴圆角等危险区域进行强化 [ 4 ] 。曲轴的 动机曲轴的常见失效模式。
材料 主 要 有 40Cr 、 35CrMo 、 42CrMo 等 调 质 钢, 1 分析方法
38MnVS6 、 48MnV 、 C38N2 、 SAE1548 等 非 调 质
钢 [ 5-6 ] 。近年来, 球墨铸铁具有成本低、 消耗能源少、 使用能谱仪、 直读光谱仪分析曲轴的化学成分;
生产工艺简单等优势, 逐渐成为以铁代钢的新材料, 使用维氏和布氏硬度计、 拉伸试验机、 轮廓仪等检验
材料的力学性能及圆角加工质量; 使用扫描电镜

收稿日期: 2022-06-21
( SEM )、 光学显微镜观察断口及其显微组织形貌,
作者简介: 丛建臣( 1963- ), 男, 教授, 主要研究方向为金属材料
使用 X 射线衍射仪、 电解抛光仪测量曲轴的残余应
及热处理、 铸造成型工艺
力及梯度。

通信作者: 于晓东, xd y u@tianrun.com
3
7