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A型曲轴磁痕分析
徐高太
(辽宁顺兴重型内燃机曲轴有限公司，辽宁灯塔 111301)
摘
要：分析了A型曲轴磁痕产生原因。结果表明曲轴锻造缺陷是形成磁痕主要原因，并提出了解决方法。
关键词：曲轴；磁痕；缺陷
随着汽车工业的快速发展，对内燃机零件质量提出了更高的要求。为了提高内燃机零件质量，各个生产企业纷纷采用新工艺、新材料、以及高精度的检测设备，千方百计提高产品质量。锻钢曲轴是内燃机中最重要的零件之一，曲轴的内部质量和机械加工质量是影响发动机质量的重要因素之一，提高曲轴综合机械性能及加工质量是提高发动机质量的关键因素。各个零件生产厂家通过采取各种工艺措施，使其质量有明显提高。其中为了提高曲轴疲劳强度，采用表面圆角中频淬火工艺，使曲轴疲劳强度明显提高。但生产的报废率也在大幅度增大，其中锻钢曲轴磁痕废品增加是曲轴生产成本增加的重要原因之一。曲轴磁痕产生的因素很多，为了进一步搞清锻钢曲轴磁痕产生原因，笔者投入大量精力和时间，获取重要数据，本文主要阐述锻造缺陷产生的磁痕。
2007年3月，曲轴机械加工分厂加工四缸A型曲轴，在曲轴成品探伤工序，发现该曲轴磁痕超标严重，磁痕均分布于连杆轴颈内侧表面，分模面部位纵向、条状分布，三、四连杆轴颈磁痕超标比例很大，有一定的规律性。
1
检验与分析
1.1
探伤检验
探伤设备：采用CEW-4000交、直两用荧光磁粉探伤机。
探伤方法：采用湿式连续探伤法，复合磁化法。
探伤参数：周向磁化电流1500A。
探伤灵敏度：用A1(30/100)试片校正探伤机灵敏度。
磁粉：采用荧光磁粉，粒度小于等于0.045μm。
探伤液：采用水剂，磁粉浓度1g/L～3g/L。加入5%三乙醇胺防锈剂，5%分散剂让磁粉充分溶解于探伤液中，提高悬浮性。
探伤操作：将配置好的探伤液置入探伤机中，同时对探伤液进行充分搅拌，待探伤液均匀后，打开水泵开关将被探伤工件用探伤液均匀润湿，首先用复合磁化法对被探伤曲轴充磁3秒；其次向被探伤曲轴边喷洒探伤液边充磁3秒。停止喷洒探伤液后，再充磁3秒，停止10秒，让磁粉充分凝聚于缺陷处。
检验：将荧光灯移入曲轴上方，让紫外线光充分照入被检验曲轴表面进行逐部位检查。发现曲轴磁痕多数集中在曲轴连杆轴颈内侧分模面上，纵向分布，长短不一，其中最长的磁痕约30mm。磁痕在紫外线灯光下很明显，可以看到有的磁痕已经形成裂纹。
1.2
化学成分检验
取一根第三连杆轴颈磁痕超标的废品曲轴(见图1)，在该曲轴上用电钻钻取式样，用化学分析法检验曲轴化学成分，检验结果见表1，可见曲轴材料化学成分合格，说明磁痕产生与材料化学成分无关。
图1
曲轴表面探伤磁痕显示
1.3
低倍检验
被选取解剖磁痕超标废品曲轴，在位于第三连杆轴颈内侧Ⅲ区分模面磁痕超标处，磁痕呈纵向条状分布，长15mm，形态见图1。在轴颈磁痕边缘取低倍试片，同时在相临连杆轴颈(无磁痕)取低倍试片，用盐酸50%溶液腐蚀后宏观组织状态见图2、图3。检验结果见表2。
图2 第三连杆轴颈低倍图片
图3 第四连杆轴颈低倍图片
可以看出，有磁痕轴颈和无磁痕轴颈横向低倍组织基本相同，无外来大块夹杂物存在，组织也比较细，说明磁痕产生与材料纯净度无关。
1.4
高倍检验
在图1中磁痕部位横向切取金相试块见图4。用5%硝酸酒精溶液经腐蚀后磁痕部位微观形貌见图5。从图5中可以看出曲轴连杆轴颈磁痕超标部位下面是一条裂纹，深1.2mm，裂纹呈曲折型，同曲轴金属流向基本相同，就是说曲轴该部位金属流向发生曲折，裂纹边缘及裂纹中既无脱碳产生，也无大块外来夹杂物存在。
图4 垂直磁痕横向取样
图5 高倍组织图片
1.5
工艺试验
该曲轴正常生产工艺流程：下料→预锻→终锻→切边→调质热处理→时效→机械粗加工→中频表面淬火→精加工→荧光磁粉探伤。为进一步查找磁痕产生原因，选取一定数量曲轴在表面淬火前、后分别用荧光磁粉探伤检验并做好标识，探伤参数完全相同，检验结果见表3。从表中可以看出，曲轴在表面淬火前，轴颈已经有裂纹存在，裂纹比例11.7%。对曲轴表面淬火前无裂纹，经淬火后探伤，发现仍有新的裂纹曲轴产生，裂纹比例为33.3%，新增加了21.6%个百分点，说明表面淬火后，曲轴裂纹产生进一步加剧；从裂纹产生位置上看，全部位于连杆轴颈挡内分模面处，并且二、三连杆轴颈裂纹比例较大(80.4%)，说明曲轴裂纹产生与锻造有关。
1.6
磁痕分析
现场调查发现，磁痕分布于连杆轴颈内侧分模面处，呈现纵向条形显示，与材料夹杂物形成的磁痕相似，从工艺实验上看，曲轴表面淬火前探伤，该缺陷已经存在；对淬火前无磁痕缺陷曲轴，淬火后探伤检验仍然出现新的磁痕曲轴，说明导致曲轴磁痕产生原因与表面淬火无关；出现新的裂纹废品曲轴，说明曲轴内部存在的固有缺陷，经过表面圆角淬火后，在组织应力和热应力的作用下，缺陷进一步发展，形成了新的磁痕废品。
从低倍组织、高倍组织检验上看，原材料无论宏观、微观组织，均无外来大颗粒夹杂物存在，并且微观夹杂物级别很低，也就是说材料纯净度很高，由此说明曲轴磁痕缺陷与材料纯净度无关。
从化学成分检验上看，符合标准要求。从磁痕分布位置、形态上看，有一定的规律性，首先从磁痕分布位置上看：二、三连杆轴颈磁痕废品率占磁痕废品总数80.4%，而一、四连杆轴颈磁痕废品率占整个磁痕废品总数19.6%。其次从磁痕形态上看，均在曲轴分模面上、连杆轴颈Ⅲ区纵向分布。
综上所述，形成S001曲轴磁痕原因，是曲轴连杆轴颈分模面内存在缺陷，经过表面淬火后，在组织应力和热应力的共同作用下，导致缺陷进一步延深，形成了裂纹。从裂纹形态及有规律的部位上看，裂纹产生应为锻造过程形成。
2
预防与纠正措施
改进模具型腔设计，合理分料。曲轴始锻温度、终锻温度要严格按锻造工艺执行。
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