Вы когда-нибудь задумывались, почему производительность вашего дизельного двигателя внезапно падает? Откройте для себя скрытую причину: трещины в юбке поршня. В этой статье рассматриваются причины появления этих трещин, такие как дефекты материала и концентрация напряжений, а также предлагаются подробные решения для их предотвращения. К концу статьи вы поймете, как сохранить целостность двигателя и избежать дорогостоящего ремонта. Окунитесь в эту тему, чтобы обеспечить бесперебойную работу вашего дизельного двигателя на долгие годы.
После 7305 часов работы дизельного двигателя в нашей компании были обнаружены трещины на юбке поршня третьего цилиндра.
Чтобы определить причину растрескивания, мы препарировали юбку поршня и провели комплексный анализ и оценку химического состава, механических свойств, макроструктуры, макроморфологии и микроструктуры трещины.
Наша компания использует штамповку для юбки поршня, изготовленной из материала 4032 в состоянии поставки T6, который подвергается термообработке твердым раствором. Химический состав материала соответствует GB/T3190.
Производственный процесс включает в себя ковку, твердый раствор, искусственное старение и механическую обработку. После ковки, твердого раствора и искусственного старения механические свойства юбки поршня составляют: HBS=100~125 (10/1000), σb≥280МПа, и δ5≥1%.
Макроструктура четвертичного участка не должна иметь сегрегации, трещин, пор или включений. Направление течения металла в целом повторяет контур поковки, не допуская растекания или складывания.
Для контроля качества в конце растяжения отбирается образец, который затем исследуется с помощью микроскопа с увеличением 100x или 400x. Образец не должен содержать вредных дефектов, таких как включения, сегрегация или пережог.
Ниже приводится анализ фотографий, предоставленных для осмотра юбки поршня.
На рис. 1 представлена фотография юбки поршня с видимыми трещинами. Трещины имеют поперечный характер и расположены на внешнем диаметре поршня. Трещины составляют более 1/4 диаметра поршня и проникают в толщу стенки.
На рис. 2 показана морфология трещины во внутренней полости. Трещина простирается от внутренней части поршня через отверстие и до внешней поверхности.
На рис. 3 представлена фотография раскрытия юбки поршня вдоль трещины под действием внешней силы. Цель - анализ морфологии разрушения трещины.
Рис. 4 представляет собой фотографию юбки поршня, разрезанной вдоль взаимно перпендикулярных центральных линий. Целью рассечения является проверка и анализ механических свойств юбки поршня, включая обтекание волокон при малом увеличении.
(1) Проверяется химический состав юбки поршня, материал - 4032 GB / T3190. Результаты проверки приведены в таблице 1.
Таблица 1 химический состав (массовая доля) (%)
| Элемент | Измеренное значение | Требование | Определение соответствия |
| Si | 11.82 | 11.0~13.5 | совпадение |
| Fe | 0.26 | ≤1.00 | совпадение |
| Cu | 0.76 | 0.50~1.30 | совпадение |
| Mg | 0.98 | 0.80~1.30 | совпадение |
| Mn | 0.021 | – | – |
| Ni | 0.69 | 0.50~1.30 | совпадение |
| Zn | 0.031 | ≤0.25 | совпадение |
| Ti | 0.014 | – | – |
| Cr | 0.032 | ≤0.10 | совпадение |
| Эл | Маржа | – | – |
Вывод: химический состав соответствует требованиям 4032 в GB / T3190.
(2) Были проведены испытания механических свойств, результаты которых представлены в таблице 2.
Таблица 2 Испытание механических свойств
| Проект | Измеренное значение | Требование | Определение соответствия |
| Прочность на разрыв / МПа | 352.1 | ≥280 | совпадение |
| Предел текучести /МПа | 333.0 | – | – |
| Удлинение после разрушения (%) | 4.6 | ≥1 | совпадение |
| Твердость HBS | 115 | 100~125 | совпадение |
Заключение: механические свойства соответствуют требованиям проекта.
(3) Макроструктура была осмотрена, а излом проанализирован.
Как показано на рисунке 5, направление течения металлического волокна распределено примерно по контуру поковки, без признаков вытекания или складывания, что свидетельствует о нормальной макроструктуре.
На рисунке 6 показано, что точка зарождения трещины на юбке поршня расположена под острым углом в месте соединения небольшого масляного отверстия и масляной канавки поршневого пальца.
В морфологии излома не наблюдается явной пластической деформации. Однако в макроструктуре видны типичные усталостные полосы, а центр усталостной дуги направлен в сторону острого угла масляного отверстия.
На рисунке 7 показана морфология конца трещины на внешней поверхности юбки поршня. Излом демонстрирует усталостные полосы в середине и нестабильные прыгающие линии хребта в переходной области трещины вблизи свободной поверхности.
На рис. 8 показана макроморфология передней части острого угла масляного отверстия в области источника усталости. Макроморфология показывает отсутствие вспышки заусенца и первоначальной трещины на заусенце в остром углу масляного отверстия.
Наконец, на рис. 9 показано, что в зоне расширения разлома преобладает морфология кливажа.
(4) Излом наблюдался под оптическим микроскопом, и анализировалась структура волокна.
На рис. 10 показана фотография металлографического образца под оптическим микроскопом. Микроструктура состоит из упрочняющей фазы α+ (α+ Si) + и примесной фазы, демонстрируя нормальную микроструктуру без дефектов металлургии и термообработки.
На рис. 11 представлена фотография поперечного сечения образца под сканирующим электронным микроскопом, на которой видно, что трещина возникла на остром углу обработки масляного отверстия.
На рис. 12 показана морфология области источника зарождения трещины, демонстрирующая, что морфология ямки доминирует в конечной области трещины.
Согласно анализу химического состава, химический состав юбки поршня соответствует стандартам материала 4032 в GB/T3190.
Механические свойства юбки поршня соответствуют конструктивным требованиям изделия.
Металлографическая структура и макроструктура юбки поршня в норме, отсутствуют следы металлургической обработки, термообработки или дефекты штамповки были обнаружены.
Трещина возникает на поверхности с острым углом, образованной пересечением масляного отверстия юбки поршня и масляной канавки отверстия поршневого пальца.
Трещина распространяется вдоль юбки поршня изнутри наружу, что свидетельствует о типичном усталостная трещина.
После обработки юбки поршня масляная канавка отверстия и отверстие поршневого пальца образуют острый угол. Заусенцы остаются нечистыми, и на них видны многочисленные трещины. Эти трещины приводят к усталости и растрескиванию юбки поршня во время работы.
Анализ специфического процесса растрескивания выглядит следующим образом:
Сайт острый край является областью концентрации напряжений, и маленькая трещина подвергается воздействию внешней силы в области концентрации напряжений, в результате чего острая кромка становится областью источника усталости.
Область источника усталости очень чувствительна к зазубринам, и конечная зазубрина (трещина) расширяется и распространяется под действием концентрации напряжений, что приводит к растрескиванию юбки поршня. Таким образом, трещины являются усталостными трещинами, вызванными заусенцами на острых углах масляных отверстий.
В процессе производства необходимо проверять детали на наличие ям, трещин, заусенцев и других дефектов на поверхности юбки поршня перед началом каждого процесса, такого как ковка, термообработка, механическая обработка и сборка.
Если обнаружены какие-либо дефекты, их следует очистить перед началом следующего процесса. Это поможет избежать отбраковки деталей из-за распространения дефектов при последующем производстве или использовании.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO 
TR