柴油機連桿采用高頻加熱爐進行熱處理，產生斷裂失效缺陷怎么辦？

    連桿是柴油發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良的韌性性能。為此，采用高頻加熱爐進行熱處理。生產中發現，某458型柴油機運行450h后發生搗缸破壞事故，發現系因連桿及螺栓斷裂引起機體、缸套破損和曲軸脫落。

    檢驗發現，連桿螺栓變形嚴重并向斷口對側偏斜，斷口斷裂區很大，表明斷裂應力大，裂紋失穩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，但發現直角臺階區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直接連接到直角臺階處。觀察發現，裂紋擴展區有一條脊狀形貌，該脊狀系因不同疲勞源出現裂紋擴展會合后產生的割階，明顯反映出工件斷裂是多源疲勞失效。此外，檢驗發現直角臺階處機加工十分粗糙，這也是該處產生應力集中的重要原因之一。綜合分析指出，直角臺階區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。

    金相檢驗發現，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。