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创建时间:2008-08-02

汽车发动机曲轴断裂分析

曲轴材料为40Cr钢,经锻造、正火、调质处理。在疲劳台架试验过程中仅几小时就发生断裂。技术要求能经受500h疲劳试验。

曲轴宏观断口可见有疲劳贝纹线,疲劳源位于轴颈转角处。断口微观形貌具有高应力低周疲劳断口的特征。金相检验及硬度检验结果均属正常。显微组织为回火索氏体,硬度为30.0HRC。

曲轴断裂主要原因是试验时外应力过高和转角处有应力集中现象。

图1

说明:曲轴断口宏观形貌,典型的疲劳断口,具有贝纹线特征,疲劳源位于转角处(箭头所示处)。裂源处有多条细小的台阶条纹,说明疲劳源处有应力集中现象。断口上的疲劳区除有贝纹线外,还有似河流状的台阶条纹,为与疲劳源处的台阶条纹相区分,称为二次台阶。这种二次台阶条纹通常在高应力作用下出现。

图2

说明:断口疲劳区扫描电镜图像。疲劳裂源区和疲劳裂纹扩展区有疲劳辉纹和韧窝同时出现的现象。图中较平坦的区域为疲劳辉纹区,圆形微坑为韧窝,说明断口具有高应力低周疲劳断裂的特征,是由于超载荷工作引发的。

图3

说明:断口疲劳扩展区在较高倍数下的形貌。圆形为韧窝,疲劳辉纹清晰可见。这种韧窝和辉纹同时在微区相间出现是在特高应力作用下引起,通常在低周疲劳中出现。有时在高周疲劳断口的接近瞬断区的部位也能发现。这是由于高周疲劳断口在即将断裂时其裂纹尖端的应力相当高。所以在判别是否属低周疲劳断裂时,必须注意观察的部位。

图4

说明:图1中箭头所示部位的放大像。波浪形塑性变形,由微小的韧窝组成,说明疲劳裂纹起始点通过剧烈的塑性变形后形成裂纹。在疲劳源处出现剧烈的塑性变形常可有两种原因:一是材料强度不够,二是使用时超载。本次断裂曲轴显微组织和硬度均正常,因此为超载荷之故。

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