某型柴油机主轴承盖双头螺柱断裂原因分析.pdf

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1、第1期2014年2月内燃机IntemalCombustionEnginesNo．1Feh．2014某型柴油机主轴承盖双头螺柱断裂原因分析徐鲁杰1。聂志斌2(1．海军驻407厂军代表室，河南洛阳471039；2．河南柴油机重工有限责任公司，河南洛阳471039)摘要：通过对主轴承盖双头螺柱进行材料检验和断口观察，结合螺柱受力情况，分析了螺柱断裂原因，结果发现断口为氢致延迟裂纹造成的断裂，杆部损伤是引起氢致裂纹产生的主要原因，拉缸故障使裂纹在高应力作用下快速扩展，并最终断裂。关键词：主轴承盖双头螺柱；损伤；应力集中；氢致

2、延迟裂纹中图分类号：TK428文献标识码：B文章编号：1000—6494(2014)01—0060—03Fr咖AIIal蛐0fStubB0ltforMaillB昀血gC0veriIlaDi鹊elE呼neXULujiel，NIEZhibin2某型V12柴油发电机组累计运行一万小时后，用户对柴油机进行了大修，柴油机被拆卸并完全分解后重新装配。大修后的柴油机工作2015h左右，突加载荷后，第二档B列缸出现拉缸故障，柴油机紧急停机。对故障柴油机拆检过程中，发现第七档一根主轴承盖双头螺柱断裂，该档曲轴主轴颈及轴瓦未见异常磨损。

3、对该柴油机大修过程进行调查发现，用户未使用专用工具按拧紧工艺对螺柱进行预紧，因此，无法确定螺柱实际装配预紧力的大小是否符合技术要求。我们通过对断裂螺栓进行材料检验和断口观察，结合柴油机工作状态和螺柱受力情况，分析了主轴承盖螺柱断裂原因。1主轴承盖螺柱受力状态及工作条件主轴承盖螺柱起着连接主轴承盖和机体，并限制主轴承盖与机体配合面动应力大小的作用。主轴承盖装配时，螺柱受到较大的预拉伸应力，以保证主轴承盖与机体处于预加压应力之下。柴油机工作过程中，在周期性变化的往复惯性力和扭矩作用下，轴系将产生扭转振动和横向振动，引起附

4、加载荷，因此，主轴承盖螺柱还要承受一定的附加应力”1。对于V12柴油机，第七主轴颈上作用的扭矩等于它前面各曲柄传递来的扭矩之和，作者简介：徐鲁杰(1982一)，男，工程师，主要从事内燃机设计制造工作。收稿日期：2013—09—04是曲轴振动最大的部位，第七档主轴承也就是承受附加应力最大的一档。当柴油机各缸负荷不均匀时，输出扭矩的波动加大，倾覆力矩引起的柴油机横向振动也随之增强，第七档主轴承盖螺柱所受应力也会相应增加。2主轴承盖螺柱技术要求及主要加工工序2．1技术要求主轴承盖双头螺柱材料为40CrNiMoA，按GB／1

5、’3077—1999，电渣重熔。螺柱热处理后的性能应符合GB厂r3098．1中12．9级的要求。2．2主要加工工序螺柱主要加工工艺流程如下：备料_车外圆_÷热处理一精车外圆叶磨外圆_÷滚螺纹_+磁粉探伤斗磷化一外观检查_入库。热处理工艺控制螺柱硬度为HRC39～44，100％检查螺柱本体硬度，每热处理炉次随机抽1个螺柱进行力学性能检测。3断裂螺柱材料检测及断口形貌观察对断裂螺柱材料进行了检测，并在扫描电镜下对断口形貌进行了观察。3．1材料检测对断裂螺柱化学成分、非金属夹杂物、金相组织的检测结果显示，材料化学成分符合G

6、B／rI'3077—1999中40CrNiMoA的要求；非金属夹杂物级别为A1．O，B0．5，C0，D1．0，夹杂物含量极微少；显微组织为回火屈氏体+极少量铁素体，属正第1期徐鲁杰，等：某型柴油机主轴承盖双头螺柱断裂原因分析·61·常淬火中温回火组织。对断裂螺柱和同档主轴承其余三根未断螺柱的洛氏硬度检测结果显示，未断螺柱的硬度为HRC43～44，达到GB厂r3098．1中12．9级螺栓硬度要求的上限，断裂螺柱硬度为HRc46，超出标准规定的硬度上限值。3．2断口低倍形貌螺柱断裂于杆部，断口平行于螺柱横截面，裂纹源外表

7、面存在损伤痕迹，见图1。断口低倍形貌见图2，断口无明显塑性变形，断面呈放射状，为脆性断裂特征，终断区为剪切唇，断面与螺柱轴向呈45。。3．3断口高倍形貌图1断裂螺柱的表面损伤断口高倍形貌见图3。图3(a)为裂纹源区，呈沿晶特征，约占断口面积的10％；图3(b)为裂纹扩展区，呈沿晶与韧窝混合特征；图3(c)为终断区为剪切唇，呈韧窝特征。4主轴承盖螺柱断裂原因分析螺柱断裂发生于柴油机重新装配并累计工作2015h后，断口无明显塑性变形，裂纹源呈沿晶形貌，符合氢致延迟断裂的特征。4．1氢致延迟裂纹的产生氢致裂纹的产生有氢和应

8、力两个因素，根据材料熔炼方法、加工工艺和工作环境的不同，金属材料中都会有一定含量的氢存在，拉应力促进氢的扩散，此时的拉应力为低于材料强度极限以下某个应力水平保持很长时间，或缓慢加载，以使氢有足够的扩散和聚集的时间m1。对于一定氢含量的材料，都有一个氢脆临界应力值，当材料所受应力低于临界应力时，不会产生氢致延迟断裂，只有当所受应力之和超出临界应力