近期接到我公司一新品型号发动机台架试验曲柄断裂失效件，对此断裂曲柄进行了相关检验与分析，具体情况如下。

1. 零件描述

断裂曲柄如图1所示，断裂曲柄总成为两个曲柄连接而成，带有连杆，曲柄杆部都带有轴承，断裂部位在其中一轴承外侧根部，断裂处有一约φ3.5mm钻孔。宏观观察，断口有摩擦痕迹，已无法清晰观察断口形貌，图2为图1a断裂端的局部形态。

2. 检验结果

根据曲柄断裂情况，在图2中所示的断口部位切取试样1，断裂另一部分切取试样2进行断口分析、材料成分、金相及硬度检验。

（1）试样1断口分析

在断头处有一钻孔，直径约3.5mm，车痕较粗慥，如图3a、3b所示。在显微镜下观察断口，钻孔底部和曲柄的内孔之间有一厚度约为1mm的台阶，如图3c所示。

（2）材料化学成分

曲柄材料要求为45钢，经光谱分析其化学成分如表1所示，符合标准要求。

（3）试样金相分析

将试样2抛光后经2%硝酸酒精腐蚀后观察，如图4a所示。试样周边有一宽度为0.13mm的淬火层，如图4b所示。内孔附近组织为回火索氏体+断续网状铁素体，晶粒度为7级，硬度为22.4HRC，如图4c所示。

将试样1研磨抛光后观察，试样周边没有感应淬火层，如图5a所示。试样1与试样2内部组织均为组织为回火索氏体+断续网状铁素体，晶粒度为7级，如图5b所示。

3. 断裂状态分析

通过分析，断口虽然有破坏，但仍然可以大致判断裂纹走向。钻孔底部应为裂纹源发生部位，裂纹由此产生，并向内孔拓展贯通后再向周边发展。先期形成裂纹断面为大致平行轴向，后受工件回转扭力影响裂纹转向垂直轴向方向发展，在裂纹起始位置形成台阶。后裂纹持续发展到达轴外表面后进展速度不断加快，直至在钻孔位置对面发生瞬时断裂。依据瞬时断裂面积较小这一特征，综合判断此裂纹为低载高周疲劳断裂。断裂后工件两断面还维持了一定时间的相对运动，造成断裂面磨蹭痕迹。

4. 结论及对策

该曲柄材料为45钢，生产工序为：下料→锻造→调质→机加工→感应淬火→磨削→装配。根据工艺路线分析造成曲柄断裂的主要原因有以下几个方面：

（1）机加工钻孔底部刀痕粗糙，造成应力集中，是产生裂纹的主要原因。

（2）工件内部组织存在断续网状铁素体，造成工件强度下降，使裂纹能够得以拓展。

（3）断口处于工件感应淬火带边缘部位，表面未得到有效强化。

针对以上原因提出改进意见：

①φ3.5mm孔为油泵轮定位销孔，考虑小孔径钻孔粗糙度难以控制，建议将此销孔取消，油泵轮改为过盈压装定位，同时还避免了钻孔对轴截面有效承载面积造成的损失，可提高轴整体强度。

②控制调质工序淬火条件，提高工件淬火冷却速度，避免延晶界网状铁素体析出问题出现。

③加宽工件感应淬火位置带，延伸至轴承压装位置，有效提高工件疲劳强度。