一种发动机活塞销的断裂分析

刘善德

(跃进汽车集团公司技术中心金属材料研究所,江苏南京210037)

　  一种发动机活塞销在进行道路试验行程5400公里时发生断裂,断口两侧的宏观特征如图1所示。该活塞销的技术要求为:使用16MnCr5材料,冷挤压成形,表面渗碳处理,有效硬化层深度0.8～1.0mm,表面硬度≥57HRC,心部硬度30～45HRC。

1　断口分析

经扫描电镜分析,断裂起始于图1箭头1处,向外表面扩展,然后向两边扩展,直至最后断裂;图2是图1断口对应箭头1处的断裂特征。断裂起始处可以观察到一道裂缝,如图2所示。裂缝表面无断裂特征,经X射线能谱仪分析,裂缝表面已经氧化,碳含量也明显较高,成分谱图如图3所示。对断口有裂缝处进行金相检验,裂缝为一个内表面折叠裂纹,裂纹内有氧化物,裂纹两侧有脱碳现象,脱碳层深度约0.025～0.03mm,在此裂纹附近还有多条类似小裂纹,如图4所示。根据断口及金相特征,导致断裂的折叠裂纹长度大于16mm,深度大于3mm。

                图1　断口的宏观特征                           图2　断裂起始处裂缝特征,Bar=50μm

2　金相和硬度分析

外表面渗层组织为马氏体5级+碳化物1级+少量残余奥氏体,有效硬化层深度为0.98mm,外表面硬度为63.0～64.0HRC;内表面渗层组织为马氏体4级+碳化物1级+少量残余奥氏体,有效硬化层深度为0.97mm,内表面硬度为60.5HRC;心部组织为低碳马氏体,心部硬度为40.0～41.0HRC。

3　结果分析

根据上述分析结果,活塞销的化学成分符合16MnCr5的技术要求,金相、硬度、有效硬化层深度均符合技术要求;活塞销为疲劳断裂,活塞销的内表面存在多个折叠裂纹,较大的折叠裂纹长度大于16mm,深度大于3mm,裂纹内有氧化物,裂纹两侧有脱碳现象,脱碳层深度约0.025～0.03mm,此折叠裂纹导致活塞销在连杆活塞销孔、活塞销孔间疲劳断裂。

             图3　裂缝表面成分谱图                                图4　裂纹附近小裂纹,Bar=50μm

4　结论

活塞销的内表面存在折叠裂纹,导致活塞销疲劳断裂。