综合发动机现场拆解、失效件的理化检验结果 判断,主轴承螺栓的拧紧力矩不足导致发动机长时 间运行后出现松动,缸体与主轴承盖的结合面发生 磨损,造成曲轴受力异常,出现疲劳断裂。装配拧紧 的实质是将螺栓的轴向预紧力控制在适当范围。该 发动机的扭矩法拧紧工艺是通过控制拧紧力矩T 间接控制螺栓预紧力F 的,具体如式(1)所示。
式中:K 为扭矩系数;D 为螺栓公称直径。
因K 受到诸多因素的影响,其值通常为0.1~ 0.3 [15],导致螺栓的预紧力变化范围较大。如果螺 栓预紧力达不到规定的要求,被联接件之间受载后 会出现缝隙或者发生相对滑移,造成联接件松动,甚 至使整机损坏[16]。目前,较先进的拧紧方式是扭 矩-转角法,其实质是控制螺栓的伸长量。研究表 明,在不大于螺栓屈服极限80%的情况下[17],螺栓 的轴向预紧力越大,其抗松动和抗疲劳性能越好,螺 栓拧紧至屈服时效果越好。对于发动机连杆螺栓、 缸盖螺栓、主轴承螺栓等重要应用场合,应尽可能采用扭矩-转角法将螺栓拧紧至屈服极限。
2.4 案例4(使用因素)
某调质钢曲轴在运行约2×105km后发生弯扭 复合断裂,第4主轴承轴颈已磨损烧伤至黑色(见图 9)。裂纹源区位于第4主轴轴颈,断面有明显的疲 劳扩展痕迹。
2.4.1 扫描电镜分析
用扫描电镜对轴颈裂纹源区进行观察,裂纹源 区出现4.2mm×2.2mm(长×宽)的严重磨损区, 源区放大后未见缺陷及异常,扩展区可见清晰的疲 劳条纹。
2.4.2 淬火层显微硬度测试
对失效及正常轴颈进行淬火层硬度测试,结果 显示失效轴颈表面硬度为56HRC,正常轴颈表面 硬度为52HRC,这是因为失效轴颈经历二次淬火 过程,导致轴颈表面二次硬化。
2.4.3 金相检验
截取裂纹源处试样,将其置于光学显微镜下观 察,发现裂纹源处为淬火区,轴颈表面可见二次淬火 组织,淬火区正常位置的组织为均匀一致的6级淬 火马氏体(见图11)。
