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创建时间:2008-08-02

球墨铸铁曲轴断裂分析

断裂曲轴为QT600-3球墨铸铁,经(920±10正火,550回火。

曲轴断口具有单向弯曲疲劳断口特征,裂纹位于转角处,裂源处有多条台阶条纹,属多源疲劳,转角有应力集中现象。显微组织检验正常。

引起曲轴断裂的原因主要是由于转角半径太小而产生应力集中现象,且工作时单边受力较大。

图1

说明:在弯曲应力作用下断裂的疲劳宏观断口。断口可明显分为两个区,疲劳裂纹发展区和瞬时断裂区。疲劳源区位于曲轴内侧受弯曲应力最大的转角处,为多源疲劳。不同疲劳源所产生的疲劳裂纹扩展后在交界处形成疲劳台阶。瞬时断口相似于静力试验的结晶状断口,瞬时断口的剪切唇不明显。

和钢的宏观疲劳断口相比,由于石墨的存在,球墨铸铁断口没有钢的断口光亮,并且也显得粗糙一些。

图中有两处黑色的弧线区为最后断裂时的撞伤区。

图2

说明:疲劳源附近取样,经4%硝酸酒精溶液浸蚀后的金相组织,图中可看到有几颗球状石墨及周围的铁素体发生较大的塑性变形。曲轴在运行时,当曲拐外侧受到连杆的推压力时,内侧受到拉力,产生弯曲变形,此时内侧转角受到的弯曲应力最大。在弯曲应力的作用下,产生塑性变形。曲轴继续运行,推力逐渐减少至消失,变形回复,但产生残余变形。然后在惯性力的作用下,曲拐又恢复到受推压的状态。这样在每一循环中都产生局部塑性变形、回复,出现残余应变,在不断的循环中,残余变形的积累引起硬化。当积累到一定程度时,不能再产生变形而出现裂纹。图中在两颗石墨中间有一根疲劳裂纹,其附近可以观察到石墨基体组织中的珠光体和铁素体的塑性变形。

疲劳裂纹的扩张和所受应力的大小及裂纹的形态有关,应力越大,裂纹尖端应力场强度越大,裂纹越容易扩张。当裂纹到达球状石墨时,裂纹末端的应力场强度降低,所以球状石墨具有抑制和减慢裂纹扩展的作用。这也是球墨铸铁曲轴优于45钢曲轴的原因之一。图中也可以看到裂纹的一端止于球状石墨,当裂纹沿着基体继续扩张并达到球状石墨的另一端时,裂纹穿过石墨又加速继续扩张。

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最近更新:2015-11-02
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