某柴油发动机主轴承盖螺栓断裂分析与应对措施.pdf

学术|制造研究ACADEMIC某柴油发动机主轴承盖螺栓断裂分析与应对措施徐立军、范奇达、张文波、应佳舟（东风柳州汽车有限公司，柳州545005）（舟山市7412工厂，舟山316041）摘要：柴油发动机上的主轴承盖螺栓，因装配工艺欠优以及服役过程中长期承受交变载荷、冲击载荷，容易发生疲劳失效。本文用断口形貌检查、化学成分分析、硬度检测、金相检测及非金属夹杂物检测等方法，对受检断裂螺栓进行了全面分析，认为该螺栓失效属多源疲劳断裂。其主要原因是汽车长期过载行驶，使主轴承盖螺栓在螺纹根部发生疲劳失效。另外，通过分析装配工艺和模拟试验验证，提出了优化方案。关键词：主轴承盖螺栓；断裂分析；疲劳失效；装配工艺；过载行驶中图分类号：U464.13文献标识码：A0引言快速初判螺栓故障和后续质量问题分析的参考资料，以供行业技主轴承盖螺栓作为发动机上的五大关键紧固件之一，连接着术人员参考借鉴。发动机缸体和轴承盖（图1）。其作用是在发动机工作时，能承受曲柄连杆产生的惯性力和气体爆发力等复杂交变载荷，保证主轴1试验与分析承盖与发动机缸体之间密封稳该主轴承盖螺栓的材质为SCM435材料，规格为固[1]。但是任何零部件的寿命M14×118，性能等级为10.9级，表面为锰系磷化并上某一型号总会受限于疲劳。长期服役条防锈润滑油，摩擦系数技术要求为0.08～0.14。现场装配采用件下的主轴承盖螺栓，会在某扭矩转角法，拧紧工艺为115.00N·m+90°。个或某些高应力部位产生损伤1.1外观检查并逐渐积累，从而出现裂纹萌图1主轴承盖螺栓联接结构示意图受检断裂螺栓共3件，每个断裂螺栓的断口均已被机油严重生和扩展，以至于最后发生断裂失效[2]。进而，发动机上的其他污染，目视无法看清断口特征（图3）。用适量无水酒精，采用超声部件也会因此受损甚至报废，可能带来不小的经济损失以及人身波除油法处理试样30min。除油后，试样放在烘箱里烘干10min。安全风险。预处理后的断口形貌效果如图4所示。某已上市重型商用车，其柴油发动机上的主轴承盖螺栓出现偶发性断裂故障，共计3件（图2）。经现场调查得到相关故障信息：车辆在行驶过程中发动机出现异响，在维修厂对发动机进行拆检，发现第2和第3道主轴盖螺栓断裂，而第1道以图3除油前主轴承盖螺栓断件图4除油后的主轴承盖螺栓断件及第4～7道主轴承盖正常。图2现场拆检的主轴承盖螺栓断件目视检查断裂螺栓（分别标记为1号、2号和3号），断口进一步拆检1～6缸，确定无拉缸、拉瓦现象。该故障汽车的行位置分别为：1号断口位于螺纹收尾处；2号和3号断口位于与驶里程在9.0万～9.5万km。追溯该车服役历史，存在负荷重、缸体内螺纹配合的第一扣螺纹处。3个螺栓断口都有明显的剪切工作强度大的现象，曾有过车辆动力不足的故障记录。唇，与螺栓轴向呈约45°。其中1号剪切唇处的螺纹相对于另外为了查清螺栓断裂的原因，本文对断件进行了详细的分析，2个，存在着轻微的横向受力变形，而断面剩余区域相对比较平整。以便采取有效对策对症下药，另外本文也可作为汽车检修时现场所有断面均存在着裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区3个区域。另外，032Copyright©博看网.AllRightsReserved.AUTODRIVING&SERVICE 2023.09学术|制造研究ACADEMIC断裂处的螺纹并未出现颈缩现象。1.2低倍检查采用NV3体视显微镜对3个断件的断口进行低倍形貌分析。因2号和3号断件的断口形貌相近，可任取其一。经检查，1号断件的断裂起始于螺纹牙底（图5），断面的剪切唇处呈暗灰色；其余区域，暗灰色与金属色以接近1：1的比例并存。1号断件的断口呈现大图7对3号断件断口的A至B1区域扫描量的金属色，说明该区域存在横向位移，发生过较为频繁的挤压摩擦。图5中A区为裂纹源，B区为裂纹扩展区，因断面间反复摩擦的作用，贝纹线可见但已不太明显，从剪切唇与断面图8对3号断件断口的B2区域扫描的交界可见贝纹线的大致形状。图51号断件的断口C区为瞬断区，所占面积接近断面的50%。由瞬断区最大可推断：与2号断件和3号断件相比，1号断件所受轴向力在某一阶段有一个突增。也就是说，1号断件的断裂可能晚于2号和3号断件。3号断件的断面形貌显示清晰（图6）。同样，断裂起始于螺纹牙底部位。A区为裂纹源，该区域可见有明显的金属光泽。B图9对3号断件断口的C区域扫描区（B1和B2）为裂纹扩展区，1.4化学成分分析可见清晰的贝纹线，且贝纹线按照GB/T4336—2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的的间距随着远离裂纹源而明显测定火花放电原子发射光谱法》的检测要求，用斯派克直读光谱增大。B1区呈现浅灰色，B2区仪MAXx09-A对断裂螺栓（1号断件）的化学成分进行分析（表1）。呈现深灰色，且B2区的粗糙程检测结果显示，断裂螺