貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斷裂分析

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料為稀土鎂球墨鑄鐵，安裝后使用不久發(fā)生斷裂。曲軸斷成三段，將缸體打壞，使整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。

斷裂曲軸有兩處斷口，圖1所示為1^#斷口，斷口較光滑，有擦傷痕跡，有疲勞貝紋線。斷口的疲勞區(qū)較大，約占斷面的2/3，裂源位于曲軸頸與曲臂的過(guò)渡圓角處，有放射狀臺(tái)階條紋，屬多源開(kāi)裂。2^#斷口（見(jiàn)圖2）也為疲勞斷口，但疲勞區(qū)較小，占斷口面積1/3左右，瞬斷區(qū)占面積較大，說(shuō)明斷裂時(shí)外應(yīng)力較大。由此可推斷1^#斷口先斷后，2^#斷口處工作應(yīng)力增大，隨后發(fā)生斷裂。2^#斷口裂源也位于軸頸和曲臂的過(guò)渡圓角處，裂源處也有放射狀條紋。

通過(guò)掃描電鏡觀察斷口，發(fā)現(xiàn)兩斷口的疲勞源均有疏松，相比之下1^#斷口源區(qū)的疏松更為嚴(yán)重，經(jīng)放大后可看到其疏松貫連至曲軸頸處，在曲軸圓角處表面均能觀察到疏松。

金相檢驗(yàn)，石墨球化為3級(jí)，基體組織為珠光體，珠光體量大于85%，符合GB/T9441-1988標(biāo)準(zhǔn)。

分析結(jié)果表明：曲軸斷裂是由材料中的疏松引起的疲勞斷裂。對(duì)于球墨鑄鐵曲軸不允許在圓角處存在疏松、夾渣等缺陷的，這種缺陷分布在圓角處，使該處應(yīng)力集中現(xiàn)象增加，使用過(guò)程中易成為疲勞源而引起斷裂。

圖1

說(shuō)明：1^#斷口宏觀形貌，箭頭所示為疲勞源區(qū)，經(jīng)測(cè)量疲勞區(qū)寬為110mm，深為21mm，占整個(gè)斷口面積的2/3以上。因此可說(shuō)明該斷口屬低應(yīng)力高周疲勞斷裂，但在疲勞源處有多條臺(tái)階條紋，說(shuō)明裂源處有應(yīng)力集中現(xiàn)象。

圖2

說(shuō)明：2^#斷口宏觀形貌，疲勞源處也有臺(tái)階條紋，箭頭所示為疲勞源，但此斷口疲勞區(qū)較小，經(jīng)測(cè)量寬為30mm，深為9mm。由此可判斷1^#斷口先斷，2^#斷口后斷。

圖3

圖4

說(shuō)明：圖3為1^#斷口裂源處掃描電鏡圖像，斷口裂源處已被嚴(yán)重擦傷，斷面顯得非常光滑，但由于疏松區(qū)常為空洞，故在斷面被擦傷時(shí)仍有部分原始形貌被保留下來(lái)。圖3中可觀察到多處被保留的疏松區(qū)。

圖4為其中一疏松的局部放大，可觀察到卵形晶粒。由此可說(shuō)明疲勞源為疏松。

圖5

說(shuō)明：為1^#斷口另一處疲勞源形貌，斷口被嚴(yán)重擦傷，疲勞源也為疏松。

圖6

說(shuō)明：為圖5中疏松的放大，可看到表征疏松的卵形晶粒。

圖7

說(shuō)明：疲勞源區(qū)的疏松在圓角附近的曲軸頸表面也觀察到，見(jiàn)圖7中箭頭所示處。圖中平行條紋為軸頸表面的磨加工條紋。說(shuō)明該曲疏松較嚴(yán)重。

圖8

說(shuō)明：為曲軸斷口未損傷區(qū)的微觀形貌，有疲勞輝紋。

圖9

說(shuō)明：曲軸2^#斷口掃描電鏡形貌。圖9為疲勞源區(qū)低倍形貌，疲勞源位于轉(zhuǎn)角處，該處放大后有疏松特征。

圖10

說(shuō)明：為不同位置的處疏松形貌。

圖11

說(shuō)明：為不同位置的疏松形貌。

圖12

說(shuō)明：為斷口疲勞擴(kuò)展區(qū)形貌，有疲勞輝紋特征。由這組照片說(shuō)明2^#斷口也是由疏松引起疲勞斷裂。