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1 连杆组成及断裂故障情况 某柴油机连杆由连杆体（1）和连杆盖（3），通过配合面的齿形定位，经两个螺钉（2、4）连接固定而成。连杆断裂出现断裂故障时，相关柴油机累计运行时间长短不等，既有380 多小时的，也有1100 多小时的，断裂部位集中在图上箭头所指的连杆体大端螺钉孔底部附近。经复查运行记录，相关柴油机基本上是在20%～30%负荷下发生故障。 2 材质复查及分析 该型连杆体材质为42CrMoA 锻件，经机加成型。为此，对照图纸及有关技术文件，首先对断裂连杆进行了化学成分、力学性能、金相组织、冶炼夹杂物等都进行了复验，全部满 足相关标准和技术要求。由此可以基本排除连杆是由于材质不合格导致了断裂。 3 断口分析 3.1 宏观分析 如前所述，疲劳断裂的根连杆体都在大端的螺纹孔处断裂。 所示是断裂连杆典型的断口实物照片。从中可以清楚看出，断口没有明显的塑性变形，断面平坦，可观察到清晰的贝纹线状疲劳扩展痕迹，疲劳扩展深度达总断面的80%以上。从断口的贝纹状疲劳花纹可以判断，连杆起裂于螺纹底孔圆柱面与圆锥面过渡处。 3.2 微观分析 为深入分析连杆断裂的具体原因，我们对断裂连杆的断口进行解剖和微观形貌观察。 在扫描电镜，断口的高倍形貌特征非常明显，可以看出裂纹源区存在明显的加工刀痕，且裂纹源起源于刀痕，并沿刀痕底部生成；疲劳扩展区有明显的海滩标记，可以清楚看到疲劳辉纹及二次裂纹；剪切区高倍下位剪切韧窝特征。 3.3 螺纹孔底部形貌观察 为了探究螺纹孔的加工质量，沿螺纹孔中心线剖开连杆，扫描电镜下直接观察螺纹孔的机加工表面微观变形。 螺纹孔表面的机加工刀痕较为清晰细密。裂纹底孔圆柱面与锥面的过渡表面呈折线状，未发现微裂纹等缺陷，但局部表面加工较为粗糙，有V 形尖槽和台阶突起。 4 连杆加工工艺复查及分析 由于故障机断裂连杆的疲劳源均为螺纹底孔柱面与锥面交叉处，从关联性考虑，对连杆加工工艺进行排查分析，特别是螺纹底孔加工工艺进行了排查。结果表明，连杆加工各过程记录清晰、完整、有效，但也有了新的发现。 该型连杆杆身两侧的螺纹孔为M16×1.5，左侧为通孔，出口为斜面，右侧为盲孔。 工厂原采用传统加工工艺，即在摇臂钻床上使用钻模和高速钢麻花钻头钻螺纹底孔，最后用丝攻攻丝。 后改为卧式加工中心加工，先用高速钢麻花钻头钻螺纹底孔，再用镗刀来校准底孔坐标位置，最后用标准丝攻攻丝。 仔细对比新老工艺，我们发现其在两个方面存在差异： 一是加工通孔时，出口为斜面，钻头钻透时会单边受力，存在抗刀、断续切削现象，切削刃可能会发生微小损伤。用卧式加工中心加工时，换工步不换零件，通孔和盲孔使用同一刀具，如刀具磨刃不及时，受损的钻头在钻盲孔时会在底部造成局部撕裂和不连刀痕。 二是卧式加工中心加工时是自动进刀和刚性进给，加工到尺寸后在孔底无停留，直接退刀，对孔底刀痕没有挤压、光整；老工艺摇臂钻床钻孔到底部手动进刀，切削惯性使得在底部柔性进给，刀具对底孔会有一定的挤压和光整过程，底孔表面过渡平滑。 为进一步验证不同工艺对螺孔底部裂纹产生的影响，我们分别抽取了新老工艺两种状态的连杆进行解剖检查，结果发现老工艺5 根连杆螺纹底孔均未发现裂纹；新工艺的9 根连杆中有3 根连杆在螺纹底孔发现裂纹。 在高倍显微镜下还发现如下对比特征： 新工艺连杆盲孔（上）加工较直，但表面呈现锯齿状形貌，刀痕不连续，有较多的凹坑和凸起，盲孔孔底有台阶，试样浸蚀后观察，盲孔表面加工形变痕迹不明显； 老工艺试样加工线条（下）虽呈波浪形，但加工表面较平滑，孔底未发现明显的加工台阶，浸蚀后观察，加工表面有厚度0.03 mm 左右的形变层。 5 结论 通过全面的材质复查和宏微观断口分析，可知断裂连杆材质满足要求，运行中也无超负荷情况存在，其断裂属于疲劳断裂，且断裂裂纹起始于连接螺纹孔底部微小加工缺陷[3]。螺纹底孔微小加工缺陷与加工工艺变化有关： 1） 采用老工艺加工连杆螺纹底孔时，钻头由人工操作，到达底面时有停顿，表面会形成硬化层。该硬化层能够提高螺纹孔的抗疲劳强度。采用新工艺加工时，钻头达到螺纹底部时自动退刀，表面没形成硬化层。 2） 采用老工艺加工的螺纹底孔表面过渡圆滑、连续；采用新工艺加工的螺纹底孔表面相对光滑，但加工刀痕不连续，有龟裂状横纹，对连杆抗疲劳能力有一定影响。 3）采用老工艺加工的螺纹底孔在圆柱面与锥面过渡区域过渡平滑，可以使应力分布较为均匀；采用新工艺加工的螺纹底孔在圆柱面与锥面过渡区域比较尖锐，容易形成应力集中。
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