柴油机连杆采用高频加热炉进行热处理，产生断裂失效缺陷怎么办？

    连杆是柴油发动机机构的重要零件，连杆及连杆螺栓材料均为40Cr钢。连杆在工作中除受交变拉、压应力外，还承受弯曲应力作用。因此连杆件要求具有优良的综合力学性能，除应具有高抗拉、抗压和抗弯强度和疲劳极限外，工件还应具有较高的刚性和优良的韧性性能。为此，采用高频加热炉进行热处理。生产中发现，某458型柴油机运行450h后发生捣缸破坏事故，发现系因连杆及螺栓断裂引起机体、缸套破损和曲轴脱落。

    检验发现，连杆螺栓变形严重并向断口对侧偏斜，断口断裂区很大，表明断裂应力大，裂纹失稳扩展很快导致工件断裂，该断口为正断口。连杆断口部位在连杆与螺栓结合部处，有一个直角台阶，其过渡圆角半径R=0.1mm，因过渡圆角太小，该处应力集中严重，存在裂纹萌生较大隐患。宏观断口观察，连杆裂纹源不很明显，但发现直角台阶区域有许多台阶与放射状棱线，呈多源疲劳形貌特征。分析认为，连杆在工作中受交变拉、压应力外，还受到弯曲应力作用，并且工件局部（直角台阶处）应力集中明显；但断口特征呈平坦、光滑、致密和瞬断区小特点，表明连杆工作中未受过大应力，而是在正常较低应力下疲劳积累扩展造成工件断裂的，其失效为高周疲劳断裂。从连杆断口直角台阶部位微观形貌可看出裂纹扩展区直接连接到直角台阶处。观察发现，裂纹扩展区有一条脊状形貌，该脊状系因不同疲劳源出现裂纹扩展会合后产生的割阶，明显反映出工件断裂是多源疲劳失效。此外，检验发现直角台阶处机加工十分粗糙，这也是该处产生应力集中的重要原因之一。综合分析指出，直角台阶区域是连杆疲劳裂纹萌生的裂纹源处。通过断裂连杆力学性能与正常连杆力学性能的比较可知，该断裂连杆强度硬度偏高，而塑性、韧性偏低；由此可知，连杆高强度、高硬度使其缺口敏感性增大，使工件疲劳裂纹失稳扩展门槛值降低，使裂纹更易于扩展；此外，该连杆强韧性匹配差使工件断裂韧性下降，促使工件裂纹扩展速率加大。

    金相检验发现，连杆断口部位组织为回火托氏体。该组织为4级，表明工件回火温度偏低。

    分析认为，连杆断裂后，相对一侧的连杆螺栓承受全部载荷应力，该处在较高弯曲应力下先变形随后断裂破坏，形成连杆宏观正断口形貌，这和连杆螺栓的断口形貌特征是吻合的。

    综上分析，提出断裂连杆工艺改进措施如下：

    （1）增大直角台阶处圆角半径，并且进行精磨加工。圆角附近部位磨削加工，防止该处圆角半径太小和粗糙加工造成应力集中，诱发疲劳裂纹源。

    （2）采用高频加热炉进行回火热处理时，提高工件回火温度，使工件强度、硬度符合要求，并且提高工件韧性和塑性，防止和避免因工件高强度、低韧性造成缺口敏感性大和抗裂纹扩展能力明显下降，防止裂纹高速率扩展导致工件早期断裂失效。