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      汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄斷裂原因分析及改進(jìn)

      2019-09-10 07:22:44張立燁
      大眾汽車·學(xué)術(shù)版 2019年9期
      關(guān)鍵詞:失效分析

      張立燁

      摘 要 某型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配現(xiàn)場(chǎng)試車連續(xù)出現(xiàn)3起汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄斷裂的事故。通過其中1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斷裂的曲柄進(jìn)行失效分析可知,該產(chǎn)品斷裂為斷裂形式為解理斷裂,為一次性斷裂。通過宏觀觀察發(fā)現(xiàn)其他斷裂件的斷裂形式與分析的斷裂件失效形式基本一致。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的排查與控制,避免了類似事故的再次發(fā)生。

      關(guān)鍵詞 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄;失效分析;解理斷裂;現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)

      1 前言

      某型汽車在發(fā)動(dòng)機(jī)車間裝配現(xiàn)場(chǎng)試車階段時(shí)(0KM)出現(xiàn)了3起汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄斷裂的事故。本文將通過對(duì)斷裂的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄第8節(jié)發(fā)生斷裂(如圖1所示)進(jìn)行失效分析,找到導(dǎo)致曲軸曲柄發(fā)生斷裂的原因。通過對(duì)物流現(xiàn)場(chǎng)的改進(jìn)與控制,從而避免發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄斷裂的事故的再次發(fā)生。

      該型發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄的技術(shù)條件:FCD70C球墨鑄鐵

      2 失效分析

      2.1 宏觀分析

      2.2 現(xiàn)場(chǎng)分析

      如圖2、圖3所示通過宏觀觀察及體式顯微鏡觀察可知樣品表面出現(xiàn)清晰的是晶粒狀的,有許多強(qiáng)烈反光的小平面(稱為解理刻面),并且由左往右出現(xiàn)呈約135°斜線斷裂軌跡,并且由下往上發(fā)生斷裂,結(jié)合該曲軸僅處于測(cè)試階段,初步斷定該件為一次性斷裂。

      2.3 微觀分析

      (1)將斷口用超聲波清洗后,在電子掃描顯微鏡下觀察。斷口形貌如圖4,裂紋區(qū)呈現(xiàn)“河流花樣”符合典型解理特征。河流花樣中的每條支流都對(duì)應(yīng)著一個(gè)不同高度的相互平行的解理面之間的臺(tái)階。解理裂紋擴(kuò)展過程中,眾多的臺(tái)階相互匯合,便形成了河流花樣。在河流的“上游”,許多較小的臺(tái)階匯合成較大的臺(tái)階,到“下游”,較大的臺(tái)階又匯合成更大的臺(tái)階。河流的流向恰好與裂紋擴(kuò)展方向一致。解理斷裂斷口的輪廓垂直于最大拉應(yīng)力方向。

      (2)通過掃描電鏡所配能譜儀進(jìn)行元素分析,僅發(fā)現(xiàn)C,F(xiàn)e等元素,無明顯其他元素。

      2.4 金相及硬度分析

      (1)球化率檢測(cè):對(duì)該樣件背面進(jìn)行拋光取樣,在GX51金相顯微鏡下觀察如圖5所示,樣品石墨球化率為85%(標(biāo)準(zhǔn)80%以上),球磨大小最大34.88μm(標(biāo)準(zhǔn)60μm以下),符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

      (2)金相基體檢測(cè):將樣品用4%硝酸酒精腐蝕,在GX51金相顯微鏡下觀察如圖6所示,樣品含有極少量鐵素體(白色部分),無珠光體及滲碳體,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

      (3)硬度檢測(cè):使用威爾遜BH3000型布氏硬度計(jì)對(duì)樣品進(jìn)行布氏硬度測(cè)試測(cè)得值HB241、HB248、HB255(標(biāo)準(zhǔn)HB:229-285),符合要求。

      3 結(jié)論

      (1)該曲軸斷裂形式為解理斷裂,故為一次性斷裂。

      (2)該樣品經(jīng)過金相及硬度檢測(cè)符合圖紙要求,采用能譜儀進(jìn)行元素初步分析無明顯其他元素,需進(jìn)一步采用光譜化學(xué)法分析內(nèi)部元素及含量。

      4 推斷與建議

      經(jīng)以上分析判斷,該樣品應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)熱測(cè)試臺(tái)測(cè)試前受過外部接觸力導(dǎo)致其承載能力改變,無法正常承受熱測(cè)試時(shí)所需承載最大應(yīng)力,故而導(dǎo)致其發(fā)生斷裂。建議排查該部品在生產(chǎn)、流通、加工過程所有可疑外部應(yīng)力源。

      5 現(xiàn)場(chǎng)排查

      (1)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)車間裝配現(xiàn)場(chǎng)試車階段時(shí)(0KM)其余2起斷裂曲柄的事故通過宏觀觀察發(fā)現(xiàn)其他斷裂件的斷裂形式與分析的斷裂件失效形式基本一致。

      (2)供應(yīng)商對(duì)全部庫存及在產(chǎn)曲軸毛坯進(jìn)行磁粉探傷、主機(jī)廠對(duì)隔離三個(gè)批次曲軸進(jìn)行磁粉探傷,均無明顯異常。

      (3)現(xiàn)場(chǎng)問題點(diǎn)發(fā)現(xiàn):經(jīng)過逐步排查,發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商提供產(chǎn)品納品箱內(nèi)曲軸擺放混亂(產(chǎn)品相互疊加,產(chǎn)品間存在碰撞可能(100個(gè)/盒)。(如圖7)

      6 現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)

      發(fā)現(xiàn)問題點(diǎn)后,立刻對(duì)同批次產(chǎn)品進(jìn)行了退換,供應(yīng)商立即對(duì)每層產(chǎn)品之間增加隔板,互相隔離(100EA/BOX/4層)如圖8 。 更換后新批次加工產(chǎn)品均正常試車。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 張棟;鐘培道;陶春虎.失效分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005

      [2] 楊學(xué)桐 金相檢驗(yàn)[M].北京:中國計(jì)量出版社,2008.6

      [3] GBT 231.1-2009 金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1部分:試驗(yàn)方法 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社

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