断裂失效是指金属、合金材料和机械产品的有限面积的几何表面的分离过程。断裂是发动机曲轴在运行过程中的主要失效形式，疲劳断裂居首位，约占失效案例的60%，给企业的生产经营造成了巨大的浪费和损失。因此，曲轴断裂失效分析尤为重要，可以防止类似失效现象的再次发生，为改进设计和加工工艺提供依据，消除隐患，保证产品的安全可靠性等。也是企业节能增效的有利途径。 一、曲轴断裂简介 曲轴作为发动机的核心零件之一，是机体五大主要零件中最难保证加工质量的零件，因为曲轴中心孔与主轴颈之间加工基准变化频繁，导致基准不对中误差，再加上轴类零件加工过程中各轴颈加工精度高、刚性差的特点。同时，曲轴是燃烧气体推动活塞从直线运动变为旋转运动的桥梁。曲轴的旋转运动是整车或发动机的动力源，因此曲轴的寿命是发动机考核的关键指标之一。由于曲轴在工作中受到交变载荷的作用，主轴颈与连杆轴颈圆角过渡处是曲轴强度的薄弱环节。长期高速旋转和较大的交变载荷应力会使曲轴圆角处产生裂纹或断裂。如果轴颈圆角和轴颈表面存在缺陷，就会成为裂纹源，容易导致曲轴的早期非疲劳断裂。一般裂纹源位于连杆颈的R角处，沿45左右方向延伸至曲柄尖端，最终断裂，包括裂纹源、裂纹扩展和断裂三个阶段。如图1和图2所示。 曲轴断裂多发生在突然之间，容易造成人员伤亡和机器损坏，造成巨大损失，是曲轴生产厂家在生产经营中特别重视的课题。 二、曲轴断裂分析 曲轴断裂的原因如下： 1.加工不符合要求。 (1)曲轴制造质量差，加工粗糙，材质差，达不到设计要求。 (2)各缸工作不平衡，活塞连杆组重量偏差过大，造成曲轴受力不均，导致断裂。 (3)冷矫直也是曲轴断裂的一个原因。因为矫直是塑性变形，会产生微裂纹，大大降低曲轴的强度。因此，在交变载荷的作用下，曲轴会发生断裂。 (4)主轴承中心线不同心，使曲轴受到交变压力，导致曲轴断裂。主轴承不对中除了缸体在热处理过程中的自然失效和缸体本身的变形外，往往是维修装配或刮瓦时主轴承不对中造成的。 (5)曲轴轴线的偏移使飞轮摆动，在惯性力的作用下，曲轴容易疲劳断裂。根据要求，飞轮的摆差不应超过0.8毫米. (6)曲轴和飞轮的锥孔不符合技术要求。如果两部分是线接触而不是接触，发动机工作时，飞轮会松动，造成曲轴和飞轮之间的冲击。此时飞轮会受到两个方向的冲击，容易导致曲轴键槽两侧产生裂纹。如果继续使用，裂纹会逐渐扩大，必将导致曲轴断裂。这种情况在单缸机中很常见。 2.装配问题 (1)轴承装配间隙过大或合金脱落，造成冲击负荷增大。曲轴转动时，出现抖动现象，或机器运转过快，撞缸，顶起阀等。导致曲轴应力过大，也会导致曲轴断裂。 (2)用不符合要求的平衡块更换曲轴，或曲轴在安装过程中错位，偏心 (2)飞轮连接螺栓松动，曲轴在运转中抖动失去平衡，产生较大的惯性力，使曲轴疲劳，在其尾端容易断裂。 (3)发动机润滑油道不畅通，使曲轴与轴瓦长期处于摩擦状态，导致曲轴断裂。 (4)轴颈磨损超过使用极限，或表面裂纹划痕过深，导致断裂。 (5)长时间在各缸供油不均匀的情况下运转，所以各缸的爆发力也不一致，造成曲轴各轴颈受力不均，时间长了还可能造成曲轴断裂。 (6)在曲轴修整过程中，对曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆角处理不够重视。修复后的圆角在几何尺寸和粗糙度上往往达不到技术要求，容易导致曲轴圆角处产生较大的应力集中。特别是曲轴轴颈经过几次磨削修复后，由于轴颈尺寸相应减小，更容易断裂。 (7)曲轴弯曲扭曲变形超差，使不平衡量大大超过允许值。由此产生的不平衡离心力会导致轴承过载，发动机强烈振动，曲轴断裂。 (8)供油时间过早，在活塞到达死点之前，柴油就会燃烧，使曲轴受到过大的冲击载荷。由于机车长期在这种情况下工作，曲轴会疲劳断裂。 (9)使用和操作不当。如果拖拉机启动过猛或长时间过载，曲轴会受到过大的扭矩或过大的冲击载荷，导致曲轴断裂。另外，由于操作不熟练，工作中油门控制不好，导致发动机运转不平衡，曲轴受到较大的冲击载荷，长时间在这种情况下工作导致曲轴断裂。 (10)使用中，未踩下离合器踏板，因猛烈紧急制动而导致曲轴断裂。 三、曲轴断裂的预防措施 1.保证加工的技术要求和使用的合理性。 (1)首先保证材料符合技术要求，避免曲轴在运转中所承受的载荷远远超过曲轴本身的疲劳极限而导致过载断裂。 (2)所有加工尺寸，如轴颈尺寸、圆角、光洁度、动平衡等，必须符合技术要求。 (3)安装曲轴前，严格检查其主要技术要求(如曲轴连杆轴颈圆角、曲轴半径、曲轴飞轮组件动平衡等)。)，应该符合标准。 (4)曲轴与飞轮的锥孔配合应符合技术要求，两者结合面应在75%以上，以免结合面过小造成飞轮松动，以及曲轴与飞轮之间的冲击。 (5)各缸供油(或点火)应均匀，供油提前或点火时间应满足技术要求。 (6)曲轴轴颈与轴瓦的间隙应符合技术要求。间隙配合是为了更好的转动和润滑。过渡配合和过盈配合都可能使轴和轴套之间的摩擦系数过高，润滑油无法进入工作面。 (7)按规定的顺序和扭矩距离紧固飞轮和曲轴的连接螺栓，并锁紧以防松动。 (8)避免发动机超负荷工作，防止突然爆炸；机车超载时，起步要平稳，不要抬脚太快，遇到障碍物时，不要加大油门，松开离合器，使劲冲；机车在运行时，一般需要踩下离合器才能制动和停车；正确控制油门，不要忽大忽小。 (9)保持发动机润滑系统油路畅通，润滑油充足。进行良好的润滑，以避免轴瓦和轴颈之间的干摩擦。 (10)发动机大修时，应对曲轴进行磁探伤检查，或采用浸油、锤击的方法。当曲颈面上有径向裂纹或延伸到主轴台肩圆角处有较深的轴向裂纹时，不便于修理和使用，曲轴应b 通过采用各种强化方法提高材料的强度，特别是表面强度，在轴颈R角表面形成残余压应力，可以显著提高疲劳强度。此外，还可以修复各种缺陷、刀痕、尖角、截面突变等造成的质量问题。这可以在曲轴上引起应力集中，从而提高曲轴的抗疲劳能力。圆角滚压强化、渗氮圆角滚压强化和感应淬火圆角滚压强化等复合强化工艺是最有效的强化手段，不仅提高了曲轴的疲劳强度，还提高了曲轴表面的耐磨性。就圆角滚压而言，可以使曲轴产生表面压应力，提高表面硬度，改善表面光洁度，提高整体疲劳强度。目前各发动机曲轴生产厂家普遍采用圆角切削滚压强化，可提高疲劳强度80%左右，大幅降低断轴率。 咬边滚压的原理：咬边槽加工在曲轴圆角处。采用滚压技术，滚压轮在接触压力下沿凹槽圆周方向运动。根据金属变形理论，在外力作用下，零件表面被轧制金属的原子间距离会暂时减小或晶粒发生滑动。当外力达到一定值时，被加工表面上的金属会在弹性变形的同时形成塑性变形。由于塑性变形，零件加工表面的形状、显微组织和物理性能发生了变化，圆角表面产生了一定的残余压应力，使金属表面得到了强化，提高了零件表面的冷作硬化硬度，使微观不平度变平，降低了零件表面粗糙度，提高了轧制金属表面的强度极限、屈服极限和疲劳极限。 轧制效果与曲轴设计尺寸、材料强度、轧辊尺寸、轧制压力、转数等有关。在实际应用中，轧辊、轧制压力、压入角度、轧制圈数等。应根据产品特点进行选择，以充分发挥曲轴材料和圆角滚压的优势，提高产品质量。 四。结论。 发动机曲轴在工作过程中断裂是一种非常严重的故障事故。有材料、加工、装配、使用、维护等多方面的原因。因此，通过分析断裂机理和规律，优化制造工艺，严格控制生产和装配过程，合理使用、定期维护和更换曲轴，使曲轴的质量要求和使用要求能够满足发动机正常运转的需要。特别是严禁运行过程中的违章操作，特别是通过提高曲轴本身的疲劳性能，可以显著降低断轴率。