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图2 裂纹源处的微裂纹 430×

图3 裂纹扩展区疲劳条纹 4700×

2.1.3 各轴颈表面硬度分布

为了检查各轴颈表面硬化情况及碾瓦现象，在现场对各轴颈用里氏硬度计进行了检查，结果见表1。

可见，断裂的轴颈硬度值明显降低，其它轴颈硬化层硬度正常且较均匀。

2.1.4 轴颈硬化层及流线分布

轴颈表面硬化层及锻造流线分布见图4。硬化层较均匀，深约3mm，其边缘距圆根约10mm。由于该轴颈已碾瓦，硬化层在宏观印刷加工下已不太明显。轴颈锻造流线分布正常。

图4 轴颈硬化层及锻造流线分布示意

2.2 材料检查

为了检验该曲轴材质、热处理质量是否符合技术要求，对其取样进行化学成分、机械性能、低倍组织及夹杂物检验。

3.为了保证实验的安全正确2.2.1 化学成分

化学成分试样取自断裂轴颈的曲柄上，分析结果见表2。可见，曲轴化学成分符合技术条件要求。

2.2.2 机械性能

机械性能试样在轴端0.5R处截取，检验结果见表3。可见，曲轴的冲击值较低，其余指标均符合技术要求。

2.2.3 低倍检验

低倍检验试样在紧靠机械性能试样端截取，检验结果见表4。

2.2.4 夹杂物检验

夹杂物检验试样在断口附近取样，检验结果见表5。

2.2.5 金相分析

在断口附近取样进行金相分析，曲轴基体组织正常，为回火上贝氏体(见图5)。断口附近的轴颈表面存在较多横向裂纹(见图6)，裂纹深度较小，约0.1mm。经硝酸—酒精浸蚀后发现，轴颈表面已严重烧伤，在表面产生了二次淬硬层(见图7)。说明该轴颈已严重碾瓦。此外，在裂纹源处也有严重的烧伤。

图5 上贝氏体组织 500×

图6 轴颈表面的裂纹 50×

图7 裂纹源附近的二次淬硬层 100×

3 分析讨论

(1)从宏观上看，断口有明显的3个区域:裂纹源区、扩展区和瞬断区。存在两个裂纹源，并同时在两个接近平行的面上扩展，在相交处形成1个台阶。从微观上看，在裂纹扩展区可见疲劳条纹，同时在裂纹源区可见较多微裂纹。由此可见，曲轴的断裂为典型的疲劳断裂[1]，而且是多源疲劳。说明整体受力较大。

(2)断裂轴颈的硬度比其它轴颈硬度低17～20HRC，微观分析发现，轴颈及圆根处存在较多裂纹，在轴颈和圆根处都有二次淬火现象，在疲劳源处存在大量微裂纹，以上这些均表明该断裂轴颈不但已严重碾瓦和拉伤，而且曲轴疲劳裂纹起源与该轴颈碾瓦有密切关系。

(3)该曲轴仅使用2个月就发生了断裂，远远没有达到它的使用寿命。检验结果表明，曲轴材质较好，调质热处理质量也较高，只是冲击值较低。有关资料和试验表明[2]，冲击值对旋转弯曲疲劳性能影响不大前3大进口市场占比合计为64.06%。此外，轴颈表层中频淬火后在圆根处要产生拉应力，该应力的存在虽然会使曲轴的疲劳性能有所降低[3]，但不可能使曲轴在如此短的时间内产生疲劳并导致断裂。只有严重碾瓦使得整个轴颈产生二次淬火并产生微裂纹，才会在应力最大的微裂纹处形成疲劳源并迅速扩展，直至断裂，也就是说，柴油机碾瓦是导致曲轴发生疲劳断裂的主要原因。

4 结束语

曲轴断裂的主要原因是碾瓦。建议:①用户查找碾瓦原因。②改进曲轴轴颈邵氏硬度有时也叫国际橡胶硬度强化工艺，强化圆根，提高曲轴的整体疲劳性能。(end)