Page 92 - 理化检验-物理分册2023年第六期
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丛建臣, 等: 柴油发动机曲轴的常见失效模式
图8 主轴承盖上的磨损示意
综合发动机现场拆解、 失效件的理化检验结果 用扭矩 - 转角法将螺栓拧紧至屈服极限。
判断, 主轴承螺栓的拧紧力矩不足导致发动机长时 2.4 案例4 ( 使用因素)
间运行后出现松动, 缸体与主轴承盖的结合面发生 某调质钢曲轴在运行约2×10 km 后发生弯扭
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磨损, 造成曲轴受力异常, 出现疲劳断裂。装配拧紧 复合断裂, 第4主轴承轴颈已磨损烧伤至黑色( 见图
的实质是将螺栓的轴向预紧力控制在适当范围。该 9 )。裂纹源区位于第4主轴轴颈, 断面有明显的疲
发动机的扭矩法拧紧工艺是通过控制拧紧力矩 T 劳扩展痕迹。
间接控制螺栓预紧力F 的, 具体如式( 1 ) 所示。
F= T /( K ×D ) ( 1 )
式中: K 为扭矩系数; D 为螺栓公称直径。
因 K 受到诸多因素的影响, 其值通常为0.1~
[ 15 ] , 导致螺栓的预紧力变化范围较大。如果螺
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栓预紧力达不到规定的要求, 被联接件之间受载后
会出现缝隙或者发生相对滑移, 造成联接件松动, 甚
至使整机损坏 [ 16 ] 。目前, 较先进的拧紧方式是扭 图9 某调质钢曲轴的烧蚀轴颈及断面宏观形貌
矩 - 转角法, 其实质是控制螺栓的伸长量。研究表 2.4.1 扫描电镜分析
明, 在不大于螺栓屈服极限80%的情况下 [ 17 ] , 螺栓 用扫描电镜对轴颈裂纹源区进行观察, 裂纹源
的轴向预紧力越大, 其抗松动和抗疲劳性能越好, 螺 区出现4.2mm×2.2mm ( 长×宽) 的严重磨损区,
栓拧紧至屈服时效果越好。对于发动机连杆螺栓、 源区放大后未见缺陷及异常, 扩展区可见清晰的疲
缸盖螺栓、 主轴承螺栓等重要应用场合, 应尽可能采 劳条纹。
图10 裂纹源区及扩展区SEM 形貌
2.4.2 淬火层显微硬度测试 2.4.3 金相检验
对失效及正常轴颈进行淬火层硬度测试, 结果 截取裂纹源处试样, 将其置于光学显微镜下观
显示失效轴颈表面硬度为 56HRC , 正常轴颈表面 察, 发现裂纹源处为淬火区, 轴颈表面可见二次淬火
硬度为 52HRC , 这是因为失效轴颈经历二次淬火 组织, 淬火区正常位置的组织为均匀一致的6级淬
过程, 导致轴颈表面二次硬化。 火马氏体( 见图11 )。
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