金文銳 秦依麗
(中車戚墅堰機(jī)車有限公司,江蘇 常州 213011)
HXN5型機(jī)車活塞銷裂紋分析及改進(jìn)
金文銳 秦依麗
(中車戚墅堰機(jī)車有限公司,江蘇 常州 213011)
通過宏觀斷口分析、金相檢驗(yàn)、硬度檢測(cè)對(duì)HXN5型機(jī)車活塞銷裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,該活塞銷的非金屬夾雜物不合格造成了金相組織偏析、機(jī)械性能下降及加工面粗糙;這些現(xiàn)象降低了疲勞抗力,加劇了疲勞失效傾向。通過增加原材料抽檢及增加隨爐試樣檢測(cè)的方法,提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
活塞銷;材質(zhì);組織;疲勞
公司采用20CrNiMo制造活塞銷。其工藝流程為:鍛造毛坯→表面滲碳→端面切削→鉆孔→鹽浴加熱淬火回火→表面精加工。經(jīng)反饋,成品在使用一定時(shí)間后,偶有內(nèi)油孔處開裂的現(xiàn)象。
將活塞銷剖開觀察,其橫截面上有3條裂紋起始于油孔,其中2條向外延伸,1條向內(nèi)孔延伸,裂紋幾乎貫穿整個(gè)活塞銷,如圖1所示。沿著斷面打開活塞銷,發(fā)現(xiàn)其斷裂面貝紋線清晰可見,是明顯的疲勞斷裂特征;疲勞源起始于2個(gè)油孔的交匯處;另外,油孔表面發(fā)現(xiàn)有機(jī)加工刀痕殘留,表面粗糙,如圖2所示。活塞銷工作時(shí)承受非對(duì)稱交變載荷以及一部分沖擊載荷,受力不均勻;它連接活塞和連桿小頭,運(yùn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于雙點(diǎn)支撐梁[1],因此極易以疲勞破壞的形式失效。
圖1 活塞銷橫截面裂紋形貌
圖2 活塞銷斷裂面形貌
從疲勞源處取樣,試樣經(jīng)過磨拋后在金相顯微鏡下觀察,其非金屬夾雜物級(jí)別根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物顯微評(píng)定方法》評(píng)定為:A2.5、B0、C0、D0.5,如圖3所示,不符合技術(shù)要求。A類夾雜物過多會(huì)使夾雜物受周圍應(yīng)力的影響破碎產(chǎn)生空隙形成微裂紋;夾雜物還會(huì)改變材料本身的應(yīng)力分布,使出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象,即在與夾雜物端部相毗鄰的金屬基體處應(yīng)力急劇升高,同時(shí),它還加劇了材料的各向異性,降低了材料的疲勞抗力;另外,A類非金屬夾雜物主要為硫化類,含量過高會(huì)降低基體的耐腐蝕性,并造成機(jī)械加工后表面光潔度變差[2]。
再將試樣磨拋,經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后沿內(nèi)油孔表面觀察,其表面組織為馬氏體+鐵素體,如圖4所示?;钊N芯部組織為馬氏體+鐵素體,組織呈帶狀偏析,如圖5所示。這說明原材料本身有帶狀偏析,在熱處理后也未能完全消除;帶狀偏析會(huì)降低活塞銷的疲勞抗力[3]。
圖3 非金屬夾雜物 100×
圖4 裂紋源處拋光態(tài)下形貌 100×
圖5 活塞銷基體金相組織 500×
表1 活塞銷試樣維氏硬度檢測(cè)結(jié)果
檢驗(yàn)結(jié)果表明,該活塞銷主要夾雜物為A類(硫化物類),其含量超出技術(shù)要求;由于A類夾雜物含量過高,加劇了材料的各向異性,降低了活塞銷縱向的疲勞抗力;受內(nèi)油孔工作環(huán)境的影響,內(nèi)油孔表面易受到油壓腐蝕,造成內(nèi)油孔表面夾雜物剝落,易成為疲勞源;另外由于A類夾雜物含量過高,降低了活塞銷表面的光潔度,特別是內(nèi)油孔表面,經(jīng)機(jī)械加工后殘留有加工刀痕,而內(nèi)油孔是活塞銷應(yīng)力集中部位,在交變載荷下更易形成疲勞開裂。
通過增加樣品抽檢數(shù)及隨爐試樣金相檢驗(yàn),提高了原材料質(zhì)量,改善了熱加工后材料性能,大大減少了活塞銷內(nèi)油孔開裂問題的產(chǎn)生。
[1] 項(xiàng)東,許斌,劉喜俊.活塞銷斷裂失效分析[B]熱加工工藝,2002,05.
[2] 任頌贊,張靜江,陳質(zhì)如等.鋼鐵金相圖譜[P]上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2003,06.
[3] 上海市機(jī)械制造工藝研究所.金相分析技術(shù)[P]上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版,1987.07.
U262.11;U269
A
1003-5168(2015)11-025-02
金文銳(1989-),男,漢族,助理工程師,本科,研究方向:金屬熱處理。