发动机缸盖螺栓疲劳断裂失效分析

doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.02.048

金属热处理 ›› 2023, Vol. 48 ›› Issue (2): 308-313.DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2023.02.048

• 测试与分析 • 上一篇

发动机缸盖螺栓疲劳断裂失效分析

陈继林^1,2, 张育明², 孟一², 闫聪², 林鹏³

1.钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所, 北京 100081;
2.邢台钢铁有限责任公司, 河北邢台 054027;
3.河北机电职业技术学院, 河北邢台 054000

收稿日期:2022-09-06 修回日期:2023-01-07 出版日期:2023-02-25 发布日期:2023-03-22
作者简介:陈继林(1986—),男,高级工程师,博士,主要研究方向为先进特殊钢线材的研发,E-mail:chenjl@xtsteel.com

Failure analysis of fatigue fracture of engine cylinder head bolts

Chen Jilin^1,2, Zhang Yuming², Meng Yi², Yan Cong², Lin Peng³

1. Metallurgical Technology Institute, Central Iron and Steel Research Institute Co., Ltd., Beijing 100081, China;
2. Xingtai Iron and Steel Co., Ltd., Xingtai Hebei 054027, China;
3. Hebei Institute of Mechanical and Electrical Technology, Xingtai Hebei 054000, China

Received:2022-09-06 Revised:2023-01-07 Online:2023-02-25 Published:2023-03-22

摘要/Abstract

摘要： 通过断口(宏观)形貌分析、微观组织分析、化学成分检测以及硬度测试等手段对SCM435钢发动机缸盖螺栓的疲劳断裂进行失效分析。结果表明,失效SCM435钢缸盖螺栓的化学成分和显微组织合格,硬度符合技术要求。失效样件1的断裂原因为表面脱碳引起的脆性断裂,螺栓断裂部位的表面脱碳层宽为120 μm;失效样件2主要是非金属夹杂物所引起的疲劳断裂,近球状的CaS-CaO-Al₂O₃-MgO复合型冶金夹杂物造成了沿晶裂纹。对材料的塑韧性、表面脱碳及非金属夹杂物等指标,提出了改善建议。

关键词: 发动机, 缸盖螺栓, 疲劳断裂, 断口分析, 微观组织

Abstract: Failure analysis of fatigue fracture of SCM435 steel engine cylinder head bolts was carried out by means of fracture (macroscopic) analysis, microstructure analysis, chemical composition detection and hardness test. The results show that the chemical composition and microstructure of the failed SCM435 steel cylinder head bolts are qualified, and the hardness meets the technical requirement. The brittle fracture of the failed specimen 1 is caused by surface decarburization, the width of surface decarburization layer at the fractured part of the bolt is 120 μm. The fracture of the failed specimen 2 is mainly fatigue fracture caused by nonmetallic inclusions, and the near spherical CaS-CaO-Al₂O₃-MgO composite metallurgical inclusions cause intergranular crack. Suggestions for improving the indicators such as plasticity and toughness, surface decarburization and nonmetallic inclusions of the material are put forward.

Key words: engine, cylinder head bolt, fatigue fracture, fracture analysis, microstructure

中图分类号:

TG142.41

陈继林, 张育明, 孟一, 闫聪, 林鹏. 发动机缸盖螺栓疲劳断裂失效分析[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 308-313.

Chen Jilin, Zhang Yuming, Meng Yi, Yan Cong, Lin Peng. Failure analysis of fatigue fracture of engine cylinder head bolts[J]. Heat Treatment of Metals, 2023, 48(2): 308-313.

参考文献

[1]董瀚, 廉心桐, 胡春东, 等. 钢的高性能化理论与技术进展[J]. 金属学报, 2020, 56(4): 558-582.
Dong Han, Lian Xintong, Hu Chundong, et al. High performance steels: The scenario of theory and technology[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2020, 56(4): 558-582.
[2]胡春东, 孟利, 董瀚. 超高强度钢的研究进展[J]. 材料热处理学报, 2016, 37(11): 178-183.
Hu Chundong, Meng Li, Dong Han. Research and development of ultrahigh strength steels[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2016, 37(11): 178-183.
[3]惠卫军, 董瀚, 翁宇庆. 高强度螺栓钢的发展动向[J]. 机械工程材料, 2002, 26(11): 1-5.
Hui Weijun, Dong Han, Weng Yuqing. Research and development trends of high strength steel for bolts[J]. Materials for Mechanical Engineering, 2002, 26(11): 1-5.
[4]杨春, 钟振前, 司红, 等. 汽车缸盖螺栓断裂原因分析[J]. 金属热处理, 2016, 41(11): 175-178.
Yang Chun, Zhong Zhenqian, Si Hong, et al. Failure analysis of fractured cylinder bolts[J]. Heat Treatment of Metals, 2016, 41(11): 175-178.
[5]Zhou Xianyan, Shao Zhutao, Tian Famin, et al. Microstructural effects on central crack formation in hot cross-wedge-rolled high-strength steel parts[J]. Journal of Materials Science, 2020, 55(22): 9608-9622.
[6]刘海波, 王君, 沈源, 等. 气缸盖螺栓断裂失效分析[J]. 物理测试, 2021, 39(4): 42-46.
Liu Haibo, Wang Jun, Shen Yuan, et al. Fracture failure analysis of cylinder head bolt[J]. Physics Examination and Testing, 2021, 39(4): 42-46.
[7]Liu Xingang, Wang Can, Gui Jiangtao, et al. Effect of MnS inclusions on deformation behavior of matrix based on in-situ experiment[J]. Materials Science & Engineering A, 2019, 746: 239-247.
[8]Yamamoto Ken-ichi, Yamamura Hideaki, Suwa Yoshihiro. Behavior of non-metallic inclusions in steel during hot deformation and the effects of deformed inclusions on local ductility[J]. ISIJ International, 2011, 51(12): 1987-1994.

[1]	郑直, 高坤元, 文胜平, 黄晖, 吴晓蓝, 魏午, 聂祚仁. Yb微合金化Al-2.4Cu-1.3Li合金的均匀化退火工艺及微观组织演变[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 131-137.
[2]	刘萌, 李新亚, 臧勇, 黄江华, 孙福臻, 任荷. 固溶成形工艺对6016铝合金组织及力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 138-143.
[3]	同晓乐, 张明玉, 岳旭, 杨斌, 王玉佳, 阿热达克·阿力玛斯. 固溶处理对TC11钛合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 195-199.
[4]	李吉东, 王岩, 谷宇, 王斌. 固溶处理对A286合金组织与硬度的影响[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 223-227.
[5]	朱东林, 孙登月, 杨家辉, 闫朝鹏, 吴艳飞, 庆小康. 等离子喷涂WC-20Cr₃C₂-7Ni/8YSZ复合涂层的组织及摩擦学性能[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 256-262.
[6]	王倩文, 彭浩平, 沈圣哲, 李智伟, 赵永刚, 雷云, 涂浩, 吴长军. Cu的添加对X80钢热浸法渗铝层组织的影响[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 270-275.
[7]	陈林, 蒋永兵, 尚洪宝, 李黎, 张鹏奇, 荆仁荣. S31000不锈钢表面激光熔覆Stellite12合金层的组织和性能[J]. 金属热处理, 2023, 48(2): 289-294.
[8]	张伟锋, 何肖飞, 尉文超, 李莉, 王毛球. Nb微合金化对Cr-Ni-Mo-V系高强钢组织及力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2023, 48(1): 29-34.
[9]	陈晶阳, 任晓冬, 张明军, 张丽辉, 汤鑫, 肖程波. 铸造镍基高温合金K439B的组织及典型性能[J]. 金属热处理, 2023, 48(1): 100-104.
[10]	张仁珊, 张鹏, 宗晓辉, 康学勤. 时效时间对T91钢显微组织和力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2023, 48(1): 145-148.
[11]	钟立伟, 冯朝辉, 高文理, 陈军洲, 陆政. 多轴锻造与T852热处理对Al-Cu-Li合金组织及力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(9): 79-86.
[12]	温方明, 郝晓博, 曹恒, 张强, 李渤渤, 刘茵琪. 热处理工艺对N06600合金热轧板组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(9): 113-118.
[13]	姜越, 朱柏祥, 李秀明, 谭亚平. CrFeCoNiB_0.05Ti_x高熵合金的显微组织和力学性能[J]. 金属热处理, 2022, 47(8): 58-62.
[14]	刘德佳, 扎学安, 王伟雄, 唐延川, 赵龙志, 徐宏明. 304/Q235复合板多主元高熵化焊缝的组织与性能[J]. 金属热处理, 2022, 47(8): 63-70.
[15]	宋宁宏, 林超, 毕文珍, 王武荣, 韦习成. 回火时间对1800 MPa级热成形钢组织和性能的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(8): 112-117.

发动机缸盖螺栓疲劳断裂失效分析

Failure analysis of fatigue fracture of engine cylinder head bolts

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价