某型柴油机重大故障原因分析.docx

一

故障柴油机失效件理化分析

从故障柴油机上取得连杆、连杆螺栓、平衡块螺栓、排气阀及其导管、活塞及缸套等失效部件碎片，并对其进行失效分析。

采用的仪器设备主要包括ICP等离子发射光谱、CS800红外碳硫分析仪、Bruker直读光谱、OLYMPUSGX71金相显微镜、FEIQuanta?650FEG场发射扫描电子显微镜、UHL显微硬度计和布氏硬度计等。

（一）失效件断口宏观分析

1.连杆断口宏观分析

连杆大头只有一个断口（图1），断口呈现浅碗形，相对较光亮，部分断口有较严重的机械损伤变形。

图1失效连杆断口形貌

断口中部相对光滑、平坦且光亮，周围呈现黑灰色。

2.排气阀断口宏观分析

排气阀断成3段，共有4个断口，如图2所示。?

图2断裂的排气阀

其中左侧阀盘与杆身结合处的断口形貌如图3a)所示，图中可以看到贝纹线，显示为多源疲劳特征，疲劳扩展区不是很平滑，这说明其承受的拉应力相对较大，其中箭头所示区域为2个主要的疲劳源区，左侧的疲劳扩展更加充分。

图3排气阀断口形貌

与其匹配的断口形貌如图3b)所示，断口机械损伤严重。

排气阀杆身端部（图2右侧断口）2个相匹配断口形貌如图3c)所示，断口机械磨损严重，几乎看不到任何原始断口形态，端部断口距端部约11.12mm～11.92mm（断口为一斜面），杆身上断口边缘被磨呈斜角。

3.连杆螺栓和平衡块螺栓断口宏观分析

a)连杆螺栓

b)平衡块螺栓

图4螺栓断口形貌

连杆螺栓断口形貌如图4a)所示，平衡块螺栓断口形貌如图4b)所示，两个螺栓断口均呈现正常的灰色拉伸断口形态，有明显的机械变形缩颈特征。

4.活塞、缸套及排气阀导管断口宏观分析

缸套和活塞碎片为10块，对这些碎片逐一进行仔细甄别。

a)缸套

b)活塞

c)排气阀导管

图5活塞、缸套及排气阀导管断口形貌

缸套断口没有明显变形，断口呈现正常的灰黑色，如图5a)所示。

活塞断口呈现正常灰白色，有机械损伤和少量塑性变形，如图5b)所示。

排气阀导管断口呈现正常的灰黑色，断口附近内壁有碰撞痕迹，如图5c)所示。

通过上述宏观观察分析可知：

连杆螺栓断口、平衡块螺栓断口、缸套断口、活塞断口、排气阀导管断口均表现为正常的颜色或形态，其中连杆断口中心较平，排气阀有一个断口有贝纹线特征；而其他断口均有较严重的机械损伤。

因此，本文的分析重点将围绕连杆及排气阀进行材料复验和微观分析。?

(二)连杆、排气阀化学成分分析

对连杆、排气阀进行化学成分分析，其结果如表1和表2所示。

从表中可以看出：

连杆化学成分符合技术要求；排气阀杆盘部化学成分除Mn偏低外，其余成分符合要求。

因此可以排除失效是由于化学成分不符合要求而造成的这一因素。

（三）连杆、排气阀力学性能检验

由于失效件碎片较小，仅进行材料硬度测试。

根据GB/T4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》标准，试验力为9.807N(1000g)，对连杆大端材料进行显微维氏硬度测定，其平均值为282，符合技术要求的240～287。

对排气阀显微维氏硬度进行测试，其平均硬度为355HV，参照GB/T1172-1999，其硬度相当于洛氏37.5HRC，符合其硬度大于32HRC的技术要求。

（四）失效件断口微观分析

1.连杆断口微观形貌分析

图6连杆断口微观形貌图

连杆断口微观低倍形貌如图6a)所示，高倍形貌如图6b)所示。

由图可知，除机械损伤区域外均为韧窝和剪切韧窝形貌。

2.连杆螺栓、平衡块螺栓断口微观形貌分析

图7连杆螺栓微观形貌

连杆螺栓断口低倍形貌如图7a)所示，放大形貌如图7b)所示，由图可知其断口为韧窝特征。

图8平衡块螺栓微观形貌

平衡块螺栓断口低倍形貌如图8a)所示，放大形貌如图8b)所示，由图可知其断口为韧窝特征。

3.缸套、活塞及排气阀导管断口微观形貌分析

图9缸套、活塞及排气阀导管断口微观形貌

缸套断口形貌如图9a)所示，解理断口特征，为一次性过载断口。

活塞断口形貌如图9b)所示，其特征为一次性过载断口。

排气阀导管断口形貌如图9c)所示，其特征也为一次性过载断口。

4.排气阀断口微观形貌分析

图10排气阀断口微观形貌

排气阀盘部与杆身结合处断口疲劳源区高倍形貌如图10a)所示，由图可知其有明显的疲劳辉纹和二次裂纹特征（箭头所示），疲劳扩展区约占50%；

阀盘剪切区高倍形貌如图10b)所示，其为韧窝特征；

排气阀杆身端部断口表面的微观形态如图10c)所示，由于断口磨损严重，大部分原始断口已破坏，但仍残留极少部分的断口，可观察到细密的疲劳条纹，疲劳间距为亚微米级，为典型的疲