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發(fā)動(dòng)機(jī)連桿斷裂分析

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發(fā)動(dòng)機(jī)連桿斷裂分析
摘要:某售后發(fā)動(dòng)機(jī)連桿發(fā)生一起斷裂事故由此產(chǎn)生質(zhì)量糾紛。通過對(duì)斷裂連桿進(jìn)行材
質(zhì)分析、斷口宏觀和微觀形貌分析、拆檢現(xiàn)場痕跡分析等手段,重點(diǎn)分析了連桿斷裂時(shí)受力工
況和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水后連桿典型工況。研究認(rèn)為,用戶汽車有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水經(jīng)歷是導(dǎo)致該連桿低周
疲勞斷裂的直接原因。強(qiáng)調(diào)了在拆檢現(xiàn)場進(jìn)行痕跡分析對(duì)售后失效分析工作的重要性和必要
性。該案例在汽車失效分析案例中具有典型性。
關(guān)鍵詞:連桿低周疲勞斷裂發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)水痕跡分析
中圖分類號(hào):U464.133文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
■神龍汽車有限公司技術(shù)中心張斌陳小工
某用戶在汽車行駛至75919km時(shí),突然聽到
發(fā)動(dòng)機(jī)爆響,隨即緊急制動(dòng)停車。經(jīng)服務(wù)站網(wǎng)點(diǎn)
檢查發(fā)現(xiàn):4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的第4缸活塞連桿小頭斷
裂,連桿斷裂引起發(fā)動(dòng)機(jī)缸體破裂、油底殼損壞、
電機(jī)外殼斷裂、離合器殼體局部裂紋,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)
報(bào)廢,由此產(chǎn)生質(zhì)量糾紛。
圖1斷裂連桿實(shí)物照片
1連桿的失效及受力分析
斷裂連桿實(shí)物照片見圖1。連桿在靠近小端
1/3處斷開,斷口與桿身約呈70°角。其中,大端斷
口已嚴(yán)重塑性變形,無法觀察斷口形貌,是由于連
桿斷裂后在曲軸帶動(dòng)下,連桿大端被撞擊而造成
了沖擊塑性變形。小端斷口有摩擦痕跡,但仍保
留有原始斷口形貌,整個(gè)斷面比較粗糙、起伏較
大,小端宏觀斷口見圖2。其中,斷口C區(qū)、D區(qū)一
側(cè)為剪切唇,斷裂方向見圖2中箭頭所示。
圖2連桿小端宏觀斷口
對(duì)斷裂實(shí)物進(jìn)行了受力分析。從小端原始斷
斷面中C區(qū)側(cè)剪切唇的面積比較小,表明C區(qū)側(cè)在
口可以判斷連桿在負(fù)載斷裂時(shí)的受力情況,在工字
負(fù)載斷裂時(shí)受力較小、D區(qū)側(cè)受力較大,兩側(cè)受力
 P
 T N
不均衡說明連桿存在扭曲情況。另外,活塞銷孔偏
成分分析的結(jié)果(表1)表明,該連桿材料的化學(xué)成
離連桿大頭中心線,連桿整體向一側(cè)彎曲(圖1),說分符合技術(shù)要求。
明連桿壓力過大負(fù)載異常箭頭指向的一側(cè)為疲2.2金相組織
勞裂紋主源區(qū),即圖2中的B區(qū)、A區(qū)為次源區(qū)。
該連桿經(jīng)鍛造成形、正火850℃空冷,在連桿
2連桿材質(zhì)分析
圖紙規(guī)定的桿身部位截取金相試樣,金相組織為
片狀珠光體+網(wǎng)狀鐵素體(圖3),金相組織良好,符
2.1化學(xué)成分
合技術(shù)要求。
該連桿材料為43MnS。對(duì)斷裂連桿進(jìn)行化學(xué)
3連桿小端斷口分析
3.1疲勞主源B區(qū)
對(duì)疲勞主源B區(qū)進(jìn)行掃描電鏡觀察,可觀察到
裂紋起源處有明顯一次疲勞臺(tái)階(圖4箭頭所示),
圖5瞬時(shí)斷裂區(qū)韌窩形貌
系裂紋交匯所致,說明B區(qū)存在應(yīng)力過大或應(yīng)力33疲勞擴(kuò)展區(qū)
集中的情況,放射狀花紋指向該裂紋起源處,裂紋
裂紋源區(qū)與瞬時(shí)斷裂區(qū)之間區(qū)域?yàn)椴牧系钠?
主源區(qū)圖片見圖4
勞擴(kuò)展區(qū)。疲勞擴(kuò)展區(qū)粗糙、高低不平,其疲勞輝
3.2瞬時(shí)斷裂區(qū)
紋形貌見圖6。對(duì)比通常的連桿高周疲勞斷口,此
瞬時(shí)斷裂區(qū)有明顯韌窩形貌,此區(qū)約占整個(gè)斷裂連桿未見到明顯的疲勞貝紋弧線等高周疲勞
斷裂區(qū)面積的1/2,說明連桿在斷裂瞬間受力較特征。
大,可排除連桿存在應(yīng)力集中的可能的情況,瞬時(shí)
綜合以上形貌特征分析認(rèn)為,該連桿屬大應(yīng)
斷裂區(qū)形貌見圖5
力低周疲勞斷裂。
2014年第1期
汽車工藝與材料t&amp;amp;M51
5.2車輛涉水行駛工況分析
當(dāng)汽車在一定高度的水面涉水行駛時(shí),由于
水面存在較大波動(dòng),致使水面高度相對(duì)進(jìn)氣口位
置時(shí)高時(shí)低,如果水面高于進(jìn)氣口,發(fā)動(dòng)機(jī)則將水
圖114缸發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸順序編號(hào)
吸入汽缸。水進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸后的典型工況分
析:a.當(dāng)一次進(jìn)水量較少時(shí),水涌入進(jìn)氣管道并慣6結(jié)束語
性地涌入進(jìn)氣總管末端,之后回流,使位于進(jìn)氣總
本案例連桿斷裂件的化學(xué)成分、金相組織和
管末端的第4缸進(jìn)氣歧管極易進(jìn)水。水在發(fā)動(dòng)機(jī)硬度均符合技術(shù)定義要求該連桿斷裂是由于用
慣性力作用下,使活塞上行時(shí)傳遞至連桿的壓力戶汽車涉水導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)水引發(fā)的大應(yīng)力,
增大,導(dǎo)致連桿彎曲變形并疲勞裂紋萌生,終導(dǎo)引起低周疲勞斷裂,屬駕駛員操作不當(dāng)造成的機(jī)
致疲勞斷裂b.當(dāng)一次進(jìn)水量較多時(shí),如積水量接械事故,非產(chǎn)品質(zhì)量問題。
近燃燒室容積時(shí),在靠近上止點(diǎn)處,壓縮行程實(shí)際
引起連桿低周疲勞斷裂的原因除發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸
變成了對(duì)水的壓縮過程,導(dǎo)致連桿承受的壓力急進(jìn)水的原因之外,還有噴油嘴工作異常和軸瓦潤
劇增大,發(fā)生連桿嚴(yán)重彎曲變形和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)情況,滑異常導(dǎo)致連桿與曲軸抱死等原因,需區(qū)別對(duì)
若強(qiáng)行運(yùn)轉(zhuǎn),存在額外的附加彎矩短時(shí)間內(nèi)使連待。但是,必須高度重視拆檢現(xiàn)場的痕跡分析工
桿承受大應(yīng)力,發(fā)生低周疲勞斷裂。
作,即對(duì)相關(guān)零件逐一排除,最終找出造成連桿斷
5.3斷裂產(chǎn)生的連桿位置分析
裂的直接原因。
發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水導(dǎo)致連桿斷裂的位置一般發(fā)生在
用戶在汽車涉水后應(yīng)及時(shí)檢查,發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)
進(jìn)氣歧管末端對(duì)應(yīng)氣缸的連桿。常見的4缸發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)水應(yīng)及時(shí)送修,以避免連桿斷裂事故
機(jī)中進(jìn)氣歧管末端對(duì)應(yīng)的氣缸為第4氣缸,見圖發(fā)生。
11加發(fā)生第4缸連桿斷裂應(yīng)首先檢查發(fā)動(dòng)機(jī)是

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