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某车用发动机大修时,更换了连杆、活塞。刚投入运行不久,突然出现其中第3 缸的活塞、连杆和紧固螺栓发生断裂(见图2),造成捣缸事故。其中2 根紧固螺栓一根散失,一根严重弯曲变形;连杆大头端和连杆盖均发生断裂(其中一块散落)。因活塞有明显后期被拉断迹象,故分析重点集中于连杆和紧固螺栓两部分。
对连杆和连杆盖圈的紧固螺母台阶进行着色探伤,除已断落两处外,其余两个台阶的转角均发现有横贯平台的深度裂纹,连杆盖上断口宏观形貌如图2 所示。该断裂起源于紧固螺母平台的转角处,整个断口灰暗,呈细晶状。源区有许多台阶,由表向内发展。在扩展区出现圆弧状的贝纹线;中心部分有一白亮弧带区域,它是断口表面在该处反复挤压、摩擦而留下的痕迹。最后部分为快速断裂区,在连杆盖圈裂纹附近径向截取金相试样,基体上未见较严重的夹杂物;裂纹较宽,纵深较长,缝中也未发现严重夹杂物。试样浸蚀后可看到基体组织为回火索氏体和网状分布的铁素体,裂纹周围组织与基体一致,未见氧化、脱碳或其他异常现象。断口源区在扫描电镜下形貌,同时可见边缘加工面上刀痕清晰、粗深,而每一开裂源均与刀痕有关。在实物上取样进行化学分析,结果表明连杆材质为 50钢。从金相组织判断,该连杆基体组织不正常。连杆的显微组织应为均匀细小的索氏体组织,若出现铁素体,则只允许它以细粒状形态存在。因连杆中出现条状趋网分布的铁素体,降低了调质钢的综合力学性能,严重影响疲劳寿命。
综合对螺栓的分析进一步推断,可能由于螺栓松动,使连杆与连杆盖之间松动,在运行中不断受到冲击,尤其在螺孔平台转角处更承受到附加力矩冲击,在刀痕处产生多处疲劳裂纹源,并不断扩展,最终发生瞬间断裂捣缸。连杆基体中的网状铁素体,加速了裂纹萌发及扩展。