連桿是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)的重要零件，連桿及連桿螺栓材料均為40Cr鋼。連桿在工作中除受交變拉、壓應(yīng)力外，還承受彎曲應(yīng)力作用。因此連桿件要求具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，除應(yīng)具有高抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度和疲勞極限外，工件還應(yīng)具有較高的剛性和優(yōu)良的韌性性能。為此，采用高頻加熱爐進(jìn)行熱處理。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，某458型柴油機(jī)運(yùn)行450h后發(fā)生搗缸破壞事故，發(fā)現(xiàn)系因連桿及螺栓斷裂引起機(jī)體、缸套破損和曲軸脫落。

    檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連桿螺栓變形嚴(yán)重并向斷口對(duì)側(cè)偏斜，斷口斷裂區(qū)很大，表明斷裂應(yīng)力大，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展很快導(dǎo)致工件斷裂，該斷口為正斷口。連桿斷口部位在連桿與螺栓結(jié)合部處，有一個(gè)直角臺(tái)階，其過(guò)渡圓角半徑R=0.1mm，因過(guò)渡圓角太小，該處應(yīng)力集中嚴(yán)重，存在裂紋萌生較大隱患。宏觀斷口觀察，連桿裂紋源不很明顯，但發(fā)現(xiàn)直角臺(tái)階區(qū)域有許多臺(tái)階與放射狀棱線，呈多源疲勞形貌特征。分析認(rèn)為，連桿在工作中受交變拉、壓應(yīng)力外，還受到彎曲應(yīng)力作用，并且工件局部（直角臺(tái)階處）應(yīng)力集中明顯；但斷口特征呈平坦、光滑、致密和瞬斷區(qū)小特點(diǎn)，表明連桿工作中未受過(guò)大應(yīng)力，而是在正常較低應(yīng)力下疲勞積累擴(kuò)展造成工件斷裂的，其失效為高周疲勞斷裂。從連桿斷口直角臺(tái)階部位微觀形貌可看出裂紋擴(kuò)展區(qū)直接連接到直角臺(tái)階處。觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋擴(kuò)展區(qū)有一條脊?fàn)钚蚊玻�該脊�(fàn)钕狄虿煌�疲勞源出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展會(huì)合后產(chǎn)生的割階，明顯反映出工件斷裂是多源疲勞失效。此外，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)直角臺(tái)階處機(jī)加工十分粗糙，這也是該處產(chǎn)生應(yīng)力集中的重要原因之一。綜合分析指出，直角臺(tái)階區(qū)域是連桿疲勞裂紋萌生的裂紋源處。通過(guò)斷裂連桿力學(xué)性能與正常連桿力學(xué)性能的比較可知，該斷裂連桿強(qiáng)度硬度偏高，而塑性、韌性偏低；由此可知，連桿高強(qiáng)度、高硬度使其缺口敏感性增大，使工件疲勞裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展門(mén)檻值降低，使裂紋更易于擴(kuò)展；此外，該連桿強(qiáng)韌性匹配差使工件斷裂韌性下降，促使工件裂紋擴(kuò)展速率加大。

    金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連桿斷口部位組織為回火托氏體。該組織為4級(jí)，表明工件回火溫度偏低。

    分析認(rèn)為，連桿斷裂后，相對(duì)一側(cè)的連桿螺栓承受全部載荷應(yīng)力，該處在較高彎曲應(yīng)力下先變形隨后斷裂破壞，形成連桿宏觀正斷口形貌，這和連桿螺栓的斷口形貌特征是吻合的。

    綜上分析，提出斷裂連桿工藝改進(jìn)措施如下：

    （1）增大直角臺(tái)階處圓角半徑，并且進(jìn)行精磨加工。圓角附近部位磨削加工，防止該處圓角半徑太小和粗糙加工造成應(yīng)力集中，誘發(fā)疲勞裂紋源。

    （2）采用高頻加熱爐進(jìn)行回火熱處理時(shí)，提高工件回火溫度，使工件強(qiáng)度、硬度符合要求，并且提高工件韌性和塑性，防止和避免因工件高強(qiáng)度、低韌性造成缺口敏感性大和抗裂紋擴(kuò)展能力明顯下降，防止裂紋高速率擴(kuò)展導(dǎo)致工件早期斷裂失效。