汽车发动机铜铅轴瓦失效分析

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1、第37卷第9期理化检验2物理分册Vol.37No.92001年9月PTCA(PARTA:PHYSICALTESTING)Sep.2001失效分析汽车发动机铜铅轴瓦失效分析李学谦,李德意,陈清,成奋强(湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082)摘要:采用宏微观检验、显微硬度测定、X射线衍射等方法对汽车发动机连杆轴瓦的失效进行了分析。结果表明,铅原子在合金层与钢背材料结合面上的聚集是导致轴瓦失效的主要原因。就轴瓦的安全使用提出了建议。关键词:过热;硬脆层;应力;失效分析+中图分类号:U464.133文献标识码:B文章编号:100124012(2001)09203

2、98203FAILUREANALYSISONCu2PbALLOYBEARINGBUSHFORAUTOMOBILEENGINELIXue2qian,LIDe2yi,CHENQing,CHENGFen2qiang(SchoolofMaterialsScienceandEngineeringHunanUniversity,Changsha,410082,China)Abstract:Macro2examination,metallographicmicroscope,microhardnesstesterandXraydiffractometerwereu2tiliz

3、edtostudythefailurereasonsforconnectingrodebearingbushofautomobileengine.Theresultsshowedthattheseg2regationofPbatomsintheinterfacebetweenthealloyandthesteelbackwasthemainfactorleadingtothefailureofthebearingbush.Suggestionsonthesafeoperationofthebearingbushwerepresented.Keywords:Ove

4、rheat;Hard2brittlelayer;Stress;Failureanalysis1引言某汽车6105QC型发动机的连杆轴瓦在汽车运行数千公里后,发动机出现异常情况。经检查,发现该连杆轴瓦的合金层从钢背材料上大块剥落,连杆轴颈也严重受损。为查找轴瓦的失效原因,对失效连杆轴瓦进行了检测和分析。2理化检验2.1宏观检验图1失效后轴瓦实物照从图1中可见轴瓦的合金层从钢背材料的结合分分析,结果列于表1。面上大块剥落。观察剥落后的合金层工作面,其上根据检验结果,该合金层的材料是铜铅轴瓦合局部有龟裂纹,在钢背的反面(非结合面)有因过热金,钢背材料为Q235钢。而留

5、下的热氧化印痕(图1中的A样)。2.3金相分析2.2化学成分分析根据ZB/T12003-1987汽车发动机轴瓦铜铅对失效轴瓦合金层和钢背材料分别进行化学成合金金相标准的要求,对轴瓦合金层中铅分布的形收稿日期:2001201227态和合金层与钢背材料之间的结合层进行了金相·398·李学谦等:汽车发动机铜铅轴瓦失效分析表1钢背和合金层的化学成分w(%)材料CMnSiSPPbFeCu钢背0.0680.400.180.0450.035-余量-合金层-----24.6-余量检验。表2轴瓦的显微硬度HV合金层中铅是以中等大小的块状均匀分布在αABCD固溶体中(见图2中A区域

6、)。按上述标准评定,铅128206156160分布形态为4级,属合格。在合金层与钢背材料的结合面处有一中间层组织(见图2中B区域),厚约从显微硬度测试结果可看出,中间层组织的显80μm。该层组织为(见图3)在细小的铁素体晶界微硬度相对偏高。处分布着呈断续网状的第二相。对铜铅轴瓦合金存2.5X射线衍射分析在中间层组织而言,有文献认为,理想的结合层应无用SIEMENSD5000全自动X射线衍射仪(Cu中间层组织,但若为固溶体中间层组织亦可使靶,电压35kV,束流45mA)对剥落合金层的钢背结[1]用。另外从图2中可见,钢背材料中的C层铁素合面进行X衍射分析,以确定呈

7、断续网状分布在铁体晶粒比D层铁素体晶粒明显粗大。素体晶界的第二相合金元素的化学成分,结果见图4。在钢背结合面除含有大量的铁和微量的碳外(图4未作标注),还有一定量的铅元素。图2铜铅轴瓦金相组织100×图4X射线衍射图A———合金层B———结合处的中间层C,D———钢背材料3结果分析综合上述检验结果,汽车发动机在运行中,由于连杆轴瓦冷却不良造成轴瓦的合金层温度过热。温度过热使结合面两侧的合金元素处于不稳定状态。由于在合金层与钢背材料的结合面之间存在着较大的合金元素浓度差,因此在合金层靠近结合面的合金元素受外界温度的影响下开始向结合面上另一侧的铁素体迁移并聚集,低熔

8、点的铅原子率先进入这一过