(2.80)--金属构件失效分析发动机连杆断裂失效分析.ppt

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1、发动机连杆螺栓断裂失效分析发动机连杆螺栓断裂失效分析1.失 效 分 析 背 景2.断裂连杆螺栓失效分析3.弯 曲 连 接 螺 杆 分 析4.结 论目 录/contents/contents失 效 分 析 背 景1失效分析背景某单位整车检测线车辆过制动检测工位时,发动机突然熄火,经确认曲柄连杆击穿油底壳,右侧连杆螺栓断裂于螺杆中部(如图1),即连杆体与连杆盖的对口面。发动机连杆螺栓材料为SCM435(国标牌号35Cr Mo),强度等级要求为10.9级。图1：连杆螺栓断裂图断 裂 连 杆 螺 栓失 效 分 析22、断裂连杆螺栓失效分析010203宏观分析微观分析螺栓硬度检测04螺栓金相检测宏观分析

2、图2为断口宏观形貌,断口较平坦,断口外貌呈杯锥状,杯锥底垂直于主应力,锥面平行于最大切应力,与主应力近似成45角;断口表面呈纤维状,颜色灰暗。断口附近有明显拉伸塑性变形,有一定程度颈缩。图2：断口宏观形貌宏观分析在体视显微镜下观察,断口附近34个螺纹牙范围内螺纹根部可见明显裂纹,分布范围在螺纹圆周30区域内。从宏观形貌分析可知,裂纹先在右下方纤维区形成,然后向上方放射和向外扩展,当裂纹扩展至整个横截面时,螺栓发生断裂。图2：断口宏观形貌微观分析图3为断口微观形貌,二次纤维区有明显的等轴韧窝特征,即螺栓受到轴向拉应力作用形成。金属韧性断裂最主要特征就是韧窝,也称为迭波、孔坑、微孔、微坑等,韧窝特

3、征的形成机理为空洞聚集,即显微空洞生核、长大、集聚直至断裂。图3：断口微观形貌微观分析一般来说,材料变形硬化指数越大,越难出现韧窝特征。受材料所受应力状态和第二相质点的形状、尺寸、分布,材料本身的相对塑性等影响,韧窝会表现出不同的大小和形状。图3：断口微观形貌断口分析从断口宏观和微观分析可知,断裂断口为韧性断口,裂纹起源于右下部位,裂纹产生后向上放射和向外扩展,直至螺栓断裂。螺栓硬度检测表1：断裂螺栓硬度检测数据表硬度测定结果列于表1。由表可见,螺栓材料硬度符合技术要求,且位于中值附近。螺栓金相检测采取距螺纹端部为螺栓直径的1.5倍处的横向截面取样,对剖切面进行金相磨抛,经4%硝酸酒精侵蚀,查

4、看螺牙根部是否存在裂纹和脱碳现象。图4：螺栓螺牙显微组织100X图4为螺纹牙显微组织,螺栓螺纹牙未发现脱碳现象;图5为螺栓金相组织,其主要的显微组织为细而均匀的回火索氏体,金相组织符合要求。螺栓金相检测图6为螺栓螺纹牙根部裂纹形貌,裂纹分布于距螺栓断口34个螺距范围的拉伸断裂缩颈区和螺纹齿根处,长约0.0230.265mm,缩颈区以外的齿根处无裂纹,裂纹是螺栓受到拉伸力发生断裂过程中产生。在螺栓裂纹位置及螺牙表面未见明显脱碳现象。图6：螺栓螺牙根部裂纹分析结论综上,断裂连杆螺栓的硬度和金相组织都合格,螺纹牙未发现脱碳现象;连杆螺栓为正常的韧性断裂,断口无异常。弯 曲 连 杆 螺 栓失 效 分

5、析3弯 曲 连 杆 螺 栓 分 析010203故障连杆螺栓拧紧过程分析螺栓大中小径检测连杆体螺栓孔检测与分析标弯 曲 连 杆 螺 栓 分 析如图7,左侧连杆螺栓未断裂,发生了轻微的弯曲,弯曲方向指向断裂螺栓一侧,弯曲螺栓的安装孔部分螺纹被破坏,且弯曲螺栓安装孔同侧的连杆体边缘有撞击痕迹,螺栓孔发生变形呈椭圆形。图7：弯曲螺栓形貌故障连杆螺栓拧紧过程分析调查拧紧过程,得知3#断裂螺栓(参见图7)拧紧数据合格,4#弯曲螺栓第一次拧紧角度不合格,返修后第二次拧紧过程、最终扭矩和角度均合格。图8为4#弯曲螺栓拧紧曲线,该螺栓拧紧至要求扭矩后有异常的拧紧下降过程,结合故障现象可推断该螺栓可能发生了滑牙。

6、图8：螺栓拧紧曲线螺 栓 大 中 小 径 检 测4#螺栓大中小径测定结果列于表2。由表可见,螺栓大中小径符合技术要求。表2：4#螺栓大中小径检测数据表连杆体螺栓孔检测与分析4#螺栓对应的连杆体螺栓孔小径测定结果列于表3。由表可见,螺栓孔小径符合技术要求。表3：连杆体螺栓孔小径检测数据表 故障连杆螺栓拧紧过程分析零件供应商对故障件连杆体螺栓孔进行剖切和分析,认为连杆体螺栓孔螺纹开始部分存在平扣现象是其装配工序多次装配扭紧螺栓导致的(如图9)。图9：螺栓孔剖切图由于连杆螺栓扭矩异常或连杆多次扭紧导致螺纹起始处出现平扣/烂扣,操作者使用丝锥手动攻丝返修,因螺纹起始位置存在平扣/烂扣,丝锥不能按照设定的螺纹螺距进行螺纹返修,导致故障件连杆体螺栓孔的螺纹螺距出现二次加工,引起螺纹螺距和螺纹牙型异常。结论3结 论螺栓的断裂为韧性断裂,硬度和金相组织都合格。螺栓失效原因:4#弯曲螺栓的安装孔螺纹螺距和螺纹牙型异常导致装配拧紧过程滑牙,在发动机运行过程中螺栓产生松脱,使得3#螺栓因受外力不均匀发生韧性断裂。此次螺栓失效,很大程度上是源于质量管理的疏忽,如丝锥手工返修螺纹不规范、装配扭矩异常未确认等。感谢在座各位聆听感谢在座各位聆听