某一汽车曲轴磨损失效的分析

刘　平(天水风动工具厂技术中心，甘肃天水　741020)

摘  要：通过对某一汽车曲轴金相组织的检验和有效硬化层深度的测定，发现其表层金相组织和有效硬化层深度达不到技术要求，说明由于该曲轴表面淬火工艺不当导致了曲轴的早期磨损失效。

关键词：曲轴；有效硬化层深度；金相组织；磨损失效

曲轴是汽车发动机的重要组成件之一，承受弯曲、扭转和一定的冲击载荷，轴颈表面还受到一定的摩擦作用力。按有关标准规定：发动机寿命按整车行驶5万km进行设计，其各部件的设计寿命应大于整机寿命，其中曲轴外径磨损深度达0.1mm即视为失效。现有一某型汽车的曲轴，该车行程1200km，外径磨损深度已达0·26mm，因严重磨损

而失效。其磨损失效形貌如图1所示。

图1　曲轴磨损失效形貌

1　曲轴检验及结果

曲轴检验包括确定曲轴材料的化学组成、检验曲轴中夹杂物、测定有效硬化层深度及检验金相组织。

(1) 材料化学成分检验

从失效的曲轴上取样进行化学成分检验，结果见表1。按GB/T3077-1999中化学成分的规定，该曲轴材料为42CrMo。

(2) 夹杂物检验

按GB10561-1989规定的检验方法，检验出该曲轴的夹杂物为1级，符合GB/T3077-1999中夹杂物的级别要求。

(3) 有效硬化层深度的测定

从图1所标注的部位取样，按照GB/T5617-1985方法测定其有效硬化层深度，结果如表2所示。

(4) 金相组织检验

对曲轴金相组织的检验主要是检验曲轴A、D两处。从A、D两处分别切取试样，进行金相组织检验，结果如下：

A处：表层组织是回火索氏体(如图2)；心部组织是回火索氏体(如图3)。

D处：心部和表层组织均为回火索氏体，没有渗氮或碳氮共渗等化学热处理组织。

    图2　曲轴A处表层组织(800×)                     图3　曲轴A处心部组织(800×)

2　分析

(1) 曲轴热处理工艺判定

据文献〔1〕，曲轴一般采用化学热处理和表面淬火工艺以提高表面耐磨性。从D处的有效硬化层深度的测定知表面和心部硬度很接近，且其表面和心部的金相组织均为回火索氏体，表层无化学热处理组织，可判定该曲轴的热处理工艺不是化学热处理；又由A、B、C处有效硬化层深度的测定结果，即表层比心部硬度最多高出约HRC13，表明曲轴心部、表面的热处理工艺是不同的。

由此可以断定，该曲轴采用了局部表面淬火工艺。

(2) 曲轴经调质后又进行表面淬火，既可使心部保留调质时的回火索氏体组织，具有良好的综合机械性能，又可使表层得到细针状马氏体组织，具有较高的强度、硬度和良好的耐磨性。而从图2、图3曲轴心部、表层组织看，心部为回火索氏体组织，符合要求，而表层淬火组织不明显，基本为回火索氏体，不符合曲轴表层的金相组织要求。

(3) 汽缸直径在200mm以内的往复式内燃机曲轴热处理技术要求：合金钢表面淬火硬度≥HRC53，淬硬层深度2～3.5mm。而该曲轴外径磨损深度只有0.26mm，就无有效硬化层。

　由此说明该曲轴表面淬火工艺不当，造成有效硬化层深度达不到上述技术要求，导致了曲轴早期磨损失效。

3　结论

(1)该曲轴采用局部表面淬火工艺；

(2)由于表面淬火工艺不当，造成了表层组织及有效硬化层深度达不到技术要求，从而导致了曲轴早期磨损失效。