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针对汽车发动机曲轴常见失效形式的原因分析 　　[摘 要]汽车的发动机曲轴对于汽车的运行具有重要影响，本文主要分析了汽车发动机曲轴在允许过程中常见的主要失效形式，并且分析了各种失效形式存在的原因，并根据其原因对汽车发动机曲轴在设计、制造及使用过程中的不恰当方式进行总结，提出解决汽车发动机曲轴常见问题的相关措施。 　　[关键词]发动机曲轴；失效形式；原因分析 　　中图分类号：S219.031 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0001-01 　　一、汽车发动机曲轴的运行原理 　　在汽车运行使用过程中，曲轴是发动机的最关键的零件之一，在进行工作的过程中受力情况十分复杂，要同时承受弯曲、扭转及压缩等载荷作用，而且这些载荷作用往往数值较大，并且呈周期性变化，所以曲轴在运行过程中容易引起扭曲甚至断裂。曲轴在外形的设计上也比较复杂，主要是通过多个主轴颈与连接颈之间的连体进行组合的，而且这些连接体的长度及方向分布各异。由于曲轴的刚度比较弱，所以在运转过程中，每个缸之间都有一个轴承起到支撑作用。在发动机的所有零件中，曲轴是其中比较容易的受损零件之一，而且在运行过程中一旦出现损坏往往就会引起其他机件的损毁，造成严重的事故。 　　曲轴对于材料选取的主要要求大致要满足以下特征：足够的强度、高的冲击韧性及高度的抗疲劳强度。在进行设计、材料的选取、锻造、机械加工、热处理及以后的每个环节的运行过程中，都可能会造成曲轴的失效，所以在进行汽车加工的各个环节中，一定要严格把控质量关，针对容易出现的问题进行原因分析，并且要及时预防及时解决。 　　二、常见的曲轴失效形式及失效原因 　　1、校直过程引起的原始裂纹 　　对于锻钢曲轴，在锻造、热处理等过程中必然产生变形，生产中采用校直的方法消除。无论是热校还是冷校，一旦校直幅度过大，都可能导致曲轴产生裂纹，且这种裂纹一般肉眼无法观察到。若曲轴本身存在原始裂纹，装配后行驶里程一般仅为几千公里，就会疲劳扩展而断裂。对于此类裂纹，分析时应注意与其它常见裂纹如锻造裂纹、淬火裂纹等的区别。最后的瞬断区与疲劳扩展区几乎垂直，面积很小，断面粗糙，扫描电镜分析，新月形粗糙区擦伤严重，未见明显的疲劳特征，说明该区域不是疲劳扩展区，其形成应在断口疲劳扩展之前。曲轴校直开裂情况在生产中并不多见，但此类故障一旦发生则危害较大。对于此类故障，应考虑对校直后的曲轴再进行一次探伤，避免有裂纹曲轴流人装配。 　　2、圆角淬火工艺不当 　　轴颈圆角是曲轴加工难度最大，同时也是使用中最容易成为裂纹起源的位置。为了提高曲轴疲劳强度，一般需要对圆角进行强化处理。对于球铁曲轴，目前多采用圆角滚压强化工艺或先氮化再滚压强化的复合强化工艺。对于钢曲轴，多采用碳氮共渗或感应淬火强化工艺。早期的发动机曲轴感应淬火区域仅仅局限在轴颈部分，主要对轴颈起提高耐磨性的作用，淬火区离圆角仍然有大于6～以上的距离，因此对圆角并不起强化作用。目前采用的感应工艺，淬火区域普遍包涵圆角区域。事实证明这种方式能够明显提高曲轴圆角的疲劳强度。随着发动机增压等新技术应用的日益广泛，对曲轴疲劳强度的要求也越来越高，目前，对发动机圆角的强化处理已经成为必须的工艺过程。圆角强化工艺不当，曲轴达不到应有的疲劳强度，就有可能会在服役过程产生疲劳断裂。 　　3、锻造质量问题 　　曲轴材料的锻造质量涉及很多因素，原材料晶粒及晶粒长大倾向、锻轧比、锻造温度等都是重要的影响因素。生产中对材料的选用应该考虑与锻造工艺能够匹配，避免在材料晶粒长大敏感区域停留时间过长。曲轴材料晶粒粗大，并有魏氏组织出现，说明材料有过热倾向。通常，这种情况被认为是较严重的组织缺陷，会严重损害材料机械性能，尤其是疲劳强度。断口出现沿晶韧窝形貌应与此有关，沿晶断口特征的出现，表明材料的脆性较大，在服役过程中其性能主要是由强度较弱的晶界主导。 　　4、铸造缺陷 　　发动机曲轴断裂的直接原因是其近表面基体内存在大面积缩孔。这种缺陷的存在，不仅降低了基体强度，而且引起应力集中，导致裂纹在此处萌生并扩展。根据化学成分分析结果可知，碳、硅含量偏低，这种情况导致铸件易于形成缩孔。 　　5、加工不当引起应力集中 　　曲轴是典型受交变应力的零件，对各种应力集中因素非常敏感。零件设计中一般不存在明显的尖锐过渡处，但实际生产中，由于加工工艺的偏差，可能会在零件上留下诸如台阶、沟纹等一类的外形缺陷。这类外形缺陷在使用中由于应力集中有可能成为疲劳裂纹的起源。曲轴断口起源处未发现材料缺陷，基体组织、表面强化层组织与深度等未见异常。但其起源不在应力最大的圆角处而是在离开圆角约20度处的曲柄上形成，说明由于加工台阶的应力集中作用，使得此处的实际应力水平高于圆角而导致裂纹优先萌生。 　　6、曲轴服役