曲軸是汽車發(fā)動機最重要、最關鍵的零件，也是其核心運動部件。曲軸生產質量的好壞直接影響發(fā)動機的性能及壽命。巴西生產的發(fā)動機曲軸在運行很短時間后，發(fā)生斷裂。本文通過對斷裂曲軸進行的宏觀、微觀和化學成份等方面的綜合分析，找出失效發(fā)動機曲軸斷裂的主要原因，為以后曲軸質量的改進提高提供依據。

（1）化學成分分析

（2）宏觀分析

曲軸在第3連桿斷裂失效，而不是在更高負載的后部第6連桿。裂紋源的位置不在關鍵的感應淬火圓角位置，而是在鍛造面上，因此，故障位置顯示斷裂的根本原因是曲軸的質量問題，而不是由于發(fā)動機過載斷裂。

裂紋由多條裂紋源引發(fā)，且裂紋源均在4主軸頸凸臺上部的膀臂上，裂紋面檢查發(fā)現(xiàn)光滑的彎曲疲勞破壞，顯示一個非常大的疲勞裂紋增長。由此推斷認為是發(fā)動機運行很短時間后，裂紋迅速擴展并最后斷裂。曲軸瞬斷區(qū)面積較小，可以判定曲軸在使用過程中受到外力作用并不大，這也說明不是由于發(fā)動機過載引起斷裂。該曲軸第4主軸頸和第3連桿發(fā)生拉瓦現(xiàn)象，軸頸拉瓦劃痕較深，軸頸表面顏色較黑。主軸頸斷裂一側的凸臺有燒傷痕跡，但是沒有劃痕現(xiàn)象，其它軸頸較好，無拉瓦燒瓦等痕跡。圖5中用4%的硝酸酒精侵蝕后發(fā)現(xiàn)，圓角位置淬火層輪廓良好，軸頸位置有明顯的二次淬火現(xiàn)象。

（3）淬火深度和淬火輪廓分析

第4主軸分解、取樣對淬火層進行檢驗，取樣位置試樣淬火層輪廓形狀良好，圓角部位淬火層輪廓飽滿圓潤，軸頸部位淬火層有輕微的馬鞍形。試樣淬火層輪廓形狀良好，圓角淬火層輪廓圓潤飽滿，而軸頸部位明顯有兩次淬火的痕跡，即二次淬火。

依據GB/T5617－2005《鋼的感應淬火或火焰淬火后有效硬化層深度的測定》檢測方法，對淬火層深度進行梯度檢測，檢測結果見表2。從表2中可以看出，試樣圓角位置淬火層深度都滿足技術要求。

試樣軸頸位置淬火層深度為0mm，淬火層各個位置HRC硬度都低于49HRC。

試樣軸頸淬火層深度大于6mm，軸頸兩次淬火層重疊，且二次淬火層深度明顯大于一次淬火層。所以2#試樣軸頸淬火層深度檢測的是二次淬火層深度。

主軸淬火層深度

淬火層輪廓深度的檢測結果見表3。從表3中可以看出，圓角和軸頸淬火層輪廓深度都符合技術要求。

（4）微觀分析

對試樣軸頸淬火層進行金相檢測，發(fā)現(xiàn)軸頸表面金相組織主要由粗大馬氏體、少量鐵素體組成，往里則依次出現(xiàn)索氏體、珠光體、鐵素體等組織，軸頸表面有輕微的脫碳現(xiàn)象，脫碳層最深大約有39μm。

      產生這種組織的原因主要是軸頸與軸瓦之間缺少潤滑油，軸頸與軸瓦之間無法形成油膜，造成二者之間干摩擦。當曲軸軸頸和連桿軸頸的油道或油孔堵塞，造成發(fā)動機曲軸軸頸與軸瓦之間由于沒有油膜保護而出現(xiàn)嚴重干磨，接觸表面達到極限高溫，曲軸頸與軸瓦之間就相互咬死、燒結，在軸頸表面發(fā)生二次淬火及高溫回火。當軸頸表面層的瞬間溫度超過鋼的Ac1點，軸頸表面就會出現(xiàn)二次淬火馬氏體，而在軸頸表層下由于溫度梯度大，時間短，只能形成高溫回火組織。脫碳是鋼材加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。脫碳層的組織特征：脫碳層由于碳被氧化，反映在化學成分上其含碳量較正常組織低；反映在金相組織上其滲碳體（Fe3C）的數量較正常組織少；反映在力學性能上其強度或硬度較正常組織低。零件上不加工的部分（黑皮部分）脫碳層全部保留在零件上，這將使性能下降，疲勞強度降低，導致零件在使用中過早地發(fā)生疲勞損壞。

      為驗證疲勞強度，對失效曲軸鍛造曲柄輪廓良好的第1連桿和鍛造曲柄輪廓不好的第6連桿進行彎曲疲勞試驗。結果見表4。從表4中可看出，鍛造曲柄輪廓不好的第6連桿疲勞強度明顯比鍛造曲柄輪廓良好的第1連桿差。