連桿是柴油發(fā)動機機構的重要零件，連桿及連桿螺栓材料均為40Cr鋼。連桿在工作中除受交變拉、壓應力外，還承受彎曲應力作用。因此連桿件要求具有優(yōu)良的綜合力學性能，除應具有高抗拉、抗壓和抗彎強度和疲勞極限外，工件還應具有較高的剛性和優(yōu)良的韌性性能。為此，采用高頻加熱爐進行熱處理。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，某458型柴油機運行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體、缸套破損和曲軸脫落。

    檢驗發(fā)現(xiàn)，連桿螺栓變形嚴重并向斷口對側(cè)偏斜，斷口斷裂區(qū)很大，表明斷裂應力大，裂紋失穩(wěn)擴展很快導致工件斷裂，該斷口為正斷口。連桿斷口部位在連桿與螺栓結合部處，有一個直角臺階，其過渡圓角半徑R=0.1mm，因過渡圓角太小，該處應力集中嚴重，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)直角臺階區(qū)域有許多臺階與放射狀棱線，呈多源疲勞形貌特征。分析認為，連桿在工作中受交變拉、壓應力外，還受到彎曲應力作用，并且工件局部（直角臺階處）應力集中明顯；但斷口特征呈平坦、光滑、致密和瞬斷區(qū)小特點，表明連桿工作中未受過大應力，而是在正常較低應力下疲勞積累擴展造成工件斷裂的，其失效為高周疲勞斷裂。從連桿斷口直角臺階部位微觀形貌可看出裂紋擴展區(qū)直接連接到直角臺階處。觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋擴展區(qū)有一條脊狀形貌，該脊狀系因不同疲勞源出現(xiàn)裂紋擴展會合后產(chǎn)生的割階，明顯反映出工件斷裂是多源疲勞失效。此外，檢驗發(fā)現(xiàn)直角臺階處機加工十分粗糙，這也是該處產(chǎn)生應力集中的重要原因之一。綜合分析指出，直角臺階區(qū)域是連桿疲勞裂紋萌生的裂紋源處。通過斷裂連桿力學性能與正常連桿力學性能的比較可知，該斷裂連桿強度硬度偏高，而塑性、韌性偏低；由此可知，連桿高強度、高硬度使其缺口敏感性增大，使工件疲勞裂紋失穩(wěn)擴展門檻值降低，使裂紋更易于擴展；此外，該連桿強韌性匹配差使工件斷裂韌性下降，促使工件裂紋擴展速率加大。

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

    分析認為，連桿斷裂后，相對一側(cè)的連桿螺栓承受全部載荷應力，該處在較高彎曲應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措施如下：

    （1）增大直角臺階處圓角半徑，并且進行精磨加工。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力集中，誘發(fā)疲勞裂紋源。

    （2）采用高頻加熱爐進行回火熱處理時，提高工件回火溫度，使工件強度、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度、低韌性造成缺口敏感性大和抗裂紋擴展能力明顯下降，防止裂紋高速率擴展導致工件早期斷裂失效。