汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲柄斷裂原因分析及改進(jìn)

張立燁

東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車有限公司 江蘇 鹽城 224000

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(guò)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(guò)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

圖1 曲軸斷裂圖

2 失效分析

2.1 宏觀分析

圖2 曲軸斷裂宏觀分析圖

圖3 體式顯微鏡X70

2.2 現(xiàn)場(chǎng)分析

如圖2、圖3所示通過(guò)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(guò)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(guò)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(wú)明顯其他元素。

圖4 電子掃描顯微鏡圖

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(wú)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。

圖5 未腐蝕100X

圖6 腐蝕后100X

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(guò)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(wú)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(guò)外部接觸力導(dǎo)致其承載能力改變，無(wú)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(guò)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(guò)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(kù)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(wú)明顯異常。

（3）現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題點(diǎn)發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過(guò)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）

圖7 曲軸擺放現(xiàn)場(chǎng)圖（改善前）

6 現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)

發(fā)現(xiàn)問(wèn)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。

圖8 曲軸擺放現(xiàn)場(chǎng)圖（改善后）