连杆衬套的开裂分析

理化检验-物理分册 P TCA(PAR T:A P H YS.TEST.)2008年第44卷　2质量控制与失效分析

连杆衬套的开裂分析

杨存平

(中国南车集团资阳机车有限公司检测中心,资阳641301)

摘　要:机车280型柴油机连杆衬套在使用过程中发生开裂,采用宏观观察、扫描电镜分析、组装工艺分析、受力分析以及金相检验等方法对开裂的连杆衬套进行了综合分析。结果表明,连杆衬套的装配工艺不合理,造成衬套与活塞销高点接触而产生应力集中,这是导致连杆衬套开裂的原因。定位销位置设计不合理以及衬套基体存在严重的疏松,是促使连杆衬套开裂的主要因素。

关键词:连杆衬套;开裂;组装工艺;疏松;应力

中图分类号:U262.11 文献标识码:A 文章编号:100124012(2008)022*******

CRAC KIN G ANAL YSIS O F CONN EC TIN G ROD BU SH ES

YANG Cun2ping

(Testing Center of CSR Ziyang Locomotive Co.Ltd.,Ziyang641301,China)

Abstract:The wrist2pin took place cracking during usage.The methods of macrostructure,SEM,assembly technology analysis,force analysis and metallographic examination were used to analyze the cracked connecting rod bushes.The results showed that the assembly technology of connecting rod bushes was unreasonable,the unreasonable technology caused high point contact between bearing and pin and produce stress concentration,this was fatal reason to cause connecting rod bushes cracking.The irrational location of locating stud and heavy porosity existing in bearing was important reason to promote connecting rod bushes cracking.Suggestions were put forward.

K eyw ords:Connecting rod bushes;Cracking;Assembly technology;Porosity;Stress

机车280型柴油机投入运行不久便发生故障,致使机车无法运行。对柴油机进行检查发现在其连杆部位有异常情况,经拆解,连杆体和活塞销仍完好,但发现连杆的衬套已开裂,这是机车发生故障的问题所在。笔者对机车柴油机中14组连杆上开裂的衬套(分别编号)进行开裂原因的检验和分析。

1　理化检验

1.1　宏观检验

所有连杆衬套外圆面的销孔处都有弧形亮区,裂纹均位于弧形亮区对应的内圆面上,多数连杆衬套有1～2条弧形裂纹,最多有七条,裂纹长短不一,最长有60mm。其中4号衬套开裂最严重,已裂透,在外圆面上能清晰地看见裂纹,见图1和图2。

收稿日期:2007209203

作者简介:杨存平(1972-),男,

工程师。

图1　4号连杆衬套内圆面上的裂纹

Fig.1　The crack in inner circle surface of

No.4connecting rod bushes

部分连杆衬套内孔面上有肉眼可见的疏松,最严重的疏松孔洞直径为2mm。

1.2　化学成分分析

连杆衬套的材质为ZCuSn5Pb5Zn5,对开裂严重的4号和14号连杆衬套取样进行化学成分分析,

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图2　4号连杆衬套外圆面上的裂纹

Fig.2　The crack in external circle surface of

No.4connecting rod bushes

分析结果(质量分数)见表1。由表1可知,连杆衬

套的化学成分符合G B/T 1176-1987标准要求。

表1　衬套的化学成分

Tab.1　Chemical composition of bushing

%

试样编号及标准

Sn Zn Pb 4号衬套 5.18 4.91 4.4514号衬套 5.60 4.21 5.09G B/T 1176-1987

4.0～6.0

4.0～6.0

4.0～6.0

1.3　硬度检测

由于连杆衬套实物壁薄,无法取样作拉伸试验,只做了硬度检测,4号和14号连杆衬套硬度分别为72.4和66.2HB ,设计要求>60.16HB ,硬度符合设计要求。1.4　

金相检验

对4,10和14号连杆衬套进行金相分析,连杆衬套疏松比较严重,疏松之间出现了微裂纹,见图

3。用三氯化铁盐酸溶液侵蚀,基体组织为:

α

-固溶体+(

α+δ)共析体+Pb +Cu 3P ,整个基体组织分布较均匀,见图4。

图3　连杆衬套基体中的疏松及疏松间微裂纹　50×

Fig.3　Porosity and microcrack of matrix in

connecting rod bushes

图4　连杆衬套基体组织

　100×

Fig.4　Matrix microstructure of connecting rod bushes

1.5　扫描电镜分析

将4,10和

14号连杆衬套的裂纹打开,对其断

口进行扫描分析,连杆衬套大部分断面呈枝晶形貌,疏松非常严重,表明连杆衬套在浇铸时结晶不良,见图5。断口中的裂纹沿疏松扩展,见图6。

图5　连杆衬套断面枝晶(疏松)

Fig.5　Treelike crystal in f racture of connecting

rod bushes

图6　连杆衬套裂纹沿疏松扩展

Fig.6　Crack growth along porosity of connecting

rod bushes

2　衬套组装工艺

根据对生产现场的调研,该批开裂的连杆衬套

的装配示意图(图7)及装配工艺为:先将衬套放入液氮中冷却;再将衬套压入连杆体小头孔内,过盈量

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