LIA80汽车发动机连杆断裂失效分析

Internal Combustion Engine &Parts0引言连杆是发动机高速运动件之一，对发动机的可靠性和耐久性至关重要。

某国六汽油机为了满足低油耗目标，对连杆进用了轻量化设计，并在开发过程中通过了多轮800h 耐久试验。

但是在进行50h 断油转速试验时，发生了连杆断裂，击穿缸体的失效故障。

本文通过一系列分析，寻找问题根源，并提出改进方案。

1背景描述某国六汽油机连杆为了轻量化，采用了近几年锻钢连杆的主流材料-新型高性能中碳钢46MnVS5。

它的综合性能比较好，兼顾高强度和易加工性，其机械性能见表1。

抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率%端面收缩率%1000~1150⩾750⩾8⩾25表1连杆材料机械性能某国六汽油机进行50h断油转速试验，41.5h 出现异响，紧急停机，发现第1缸连杆体从机体进气侧飞出，连杆盖击穿机体排气侧并卡滞在其中。

活塞碎裂，仅剩头部。

连杆失效照片见图1。

图1连杆失效照片目视失效状态：①连杆有四处断裂，分别位于：小头45°方向、左侧杆身跟大头过渡处、左侧大头端螺栓法兰面附近、右侧螺栓靠近涨断面位置；②连杆杆身变形严重，发生弯曲和扭转；③左侧螺栓弯曲，右侧螺栓断裂。

右侧弯曲螺栓和左侧断裂螺栓的残留部分跟螺栓孔的啮合良好，无退牙现象；④连杆大小头孔均无发蓝发黑等过热现象。

2原因分析断口分析是找到零件疲劳失效源头的一个快速有效的方法，通过断口分析可以快速排除零件二次断裂失效位置。

活塞的断口新鲜，为过载断裂，未见明显缺陷，判断活塞应该为受害件。

连杆大小头孔无发蓝发黑等过热现象，说明不是因为衬套或轴瓦烧瓦导致连杆失效。

主要对连杆及螺栓进行断口和材料的检测分析。

2.1连杆断口及材料检测除了断口C 外，其余断口均较为粗糙，为过载断口。

断口C 较为平整，微观显示该断口局部有细小的疲劳裂纹，表明为疲劳断裂。

但由于断口损伤严重，无法对裂纹起始点进行微观观察。

根据断口微观纹路推断，裂纹起源于断口上方区域，然后扩展，方向如图2箭头所示。

v .. . ..汽车发动机连杆失效分析学院机电工程学院作者XXX学号XXXXXXXX 专业班级XXXXXXXX 小组成员XXXXXXXXXXXXXX指导教师XXXXXX2013年12月目录引言 (3)一．基本知识 (3)1. 连杆的结构 (3)2. 制造工艺 (3)3. 钢锻连杆使用材料 (3)4. 连杆受力分析及有限元法 (3)二．断口理化检验 (3)1. 材料化学成分 (3)2. 断口外观质量和失效形貌 (3)3. 微观断口夹杂物检测分析 (3)4. 断口金相组织 (3)5. 断裂位置 (3)三．失效原因（断裂原因） (3)1. 失效原因总结 (3)2. 连杆疲劳强度研究 (3)3. 连杆疲劳寿命预测 (3)四．总结 (3)1. 影响疲劳强度的主要因素 (3)2. 对连杆生产的建议 (3)五．参考文献 (3)引言连杆是车用发动机的重要部件，从对车用发动机的失效历史数据来看，连杆的失效概率非常高，而且其失效模式与失效原因具有多态性，其本身结构的复杂性、制造工艺、热处理工艺、工况的恶劣程度、使用频率以及设备维护、维修等因素均可造成失效。

连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，并把活塞上的力传给曲轴。

连杆小端做往复运动，大端做旋转运动，杆身做复杂的平面运动，它承受活塞传来的气体压力，往复运动惯性力及本身摇摆所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆失效。

据统计，连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。

摘要：连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。

本文主要对钢锻连杆进行分析，并从连杆结构、制造工艺、受力分析、所选材料以及断口组织结构等方面对失效原因和疲劳破坏进行分析总结。

关键词：汽车、发动机、钢锻连杆、失效分析、疲劳连杆作为传递力的主要部件广泛地应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。

发动机连杆的作用是将活塞的直线往复运动转化为曲轴的旋转运动，实现发动机由化学能转变为机械能的输出。

汽车发动机曲柄连杆机构常见故障诊断与排查
一、曲轴断裂
故障表现：曲轴断裂是一个非常严重的故障，常见于金属疲劳导致的断裂。

诊断与排查：
1. 检查曲轴是否有裂纹或损伤，特别是在曲柄与轴颈的连接处。

2. 确保曲轴的平衡达到标准，不平衡可能导致额外的应力。

3. 检查曲轴轴承和轴颈的磨损情况，过度磨损可能导致曲轴断裂。

二、连杆弯曲或断裂
故障表现：连杆弯曲可能会导致发动机振动或噪音，而连杆断裂则会导致发动机停止工作。

诊断与排查：
1. 检查连杆的直线度和弯曲度，确保其符合标准。

2. 检查连杆的轴承和衬套的磨损情况，过度磨损可能导致连杆断裂。

3. 检查连杆螺栓和螺母的紧固情况，确保其牢固。

三、活塞卡滞
故障表现：活塞卡滞会导致发动机运行不平稳，严重时可能导致发动机停机。

诊断与排查：
1. 检查活塞与缸套之间的间隙，确保其符合标准。

2. 检查活塞环的安装和磨损情况，确保其正常工作。

3. 检查机油的清洁度和粘度，不合适的机油可能导致活塞卡滞。

四、活塞环磨损
故障表现：活塞环磨损会导致发动机漏气和机油消耗增加。

诊断与排查：
1. 检查活塞环的磨损情况，特别是开口间隙和漏光度。

2. 检查活塞环的材料和硬度，确保其符合标准。

3. 检查缸套的磨损情况，过度磨损可能导致活塞环断裂。

五、缸体磨损
故障表现：缸体磨损会导致发动机漏气和压缩比下降。

诊断与排查：
1. 使用内窥镜检查缸体的磨损情况，特别是缸套和气缸壁。

发动机连杆螺栓折断原因分析发动机连杆螺栓折断，极易引起捣缸、烧瓦。

为防止发生事故，在装配时必须严格遵守技术标准和操作规范，在规定的保养周期内检查连杆螺栓的紧固情况，发现松动要用标准力矩拧紧。

发生的原因主要有：1.连杆轴颈与瓦间隙过大，运动中互相撞击，连杆螺栓受较大发动机连杆螺栓折断，极易引起捣缸、烧瓦。

为防止发生事故，在装配时必须严格遵守技术标准和操作规范，在规定的保养周期内检查连杆螺栓的紧固情况，发现松动要用标准力矩拧紧。

发生的原因主要有：
1.连杆轴颈与瓦间隙过大，运动中互相撞击，连杆螺栓受较大力冲击而折断。

2连杆螺栓有内伤未发现，仍继续使用，容易折断。

如发现连杆螺栓有倒扣、秃扣及拔长现象，应及时更换。

3.连杆螺栓拧紧力矩过大，装配应力超限，或拧紧力矩过小，工作中松动，产生敲击，都容易造成连杆螺栓折断。

4.随便用不合格螺栓代替，或连杆螺栓材质不佳，加工粗糙，承受不到标准扭力而变形或产生裂纹，在冲击力作用下产生应力集中而折断。

5.连杆螺栓、螺母的锁紧装置失去作用，工作中松动，也会造成连杆螺栓折断。

6.飞车时未及时采取紧急措施，使连杆螺栓负荷过大而折断。

7.连杆螺栓未按规定扭矩上紧，形成一个紧一个松，松的一个容易折断。

（尔阳）。

2021年 第4期 热加工771 序言对于汽车发动机而言，连杆螺栓不仅是将螺栓头部和螺杆联接在一起的紧固件，还是联接连杆大端轴承座与轴承盖使之成一体的重要螺栓。

连杆螺栓不仅受到装配时的预紧力[1]，在发动机的运行中还要承受活塞连杆往复运动惯性力和连杆旋转离心力的交变载荷作用，而且在气缸的压缩和做功行程中，还要受到每分钟上千次交变应力的冲击[2]。

各种失效模式的研究和案例也时有报道[3-6]，对汽车用断裂螺栓进行失效分析，研究其产生故障的特征、规律及原因，可为汽车的生产、使用或维修中采取有针对性地改进和预防措施提供理论依据，防止同类故障再次发生[7]。

2020年2月，某故障发动机在拆机之后发现其中一缸的进、排气部位缸体被击穿，连杆外露，另有紧固连杆的两根螺栓发生断裂（见图1）。

通过对断裂螺栓进行失效分析，主要包括断口分析、材料鉴定、拧紧工艺排查等方面，对螺栓的整个生命周期环节做了梳理，试图从螺栓的设计、生产检测以及拧紧工艺等方面找出螺栓断裂的原因，并解决连杆螺栓断裂问题。

2 连杆螺栓2.1 化学成分分析断裂螺栓规格为M8×1.0×40-6h ，其强度等级为10.9级，螺栓材料SCM435，是JIS G4035—2003中的一种热轧钢线材，属于低合金结构用钢，主要合金元素是Cr 、Mo 。

表1列出JIS G4035—2003中SCM435化学成分标准要求和断裂螺栓的化学成分分析结果，符合要求。

发动机连杆螺栓断裂失效分析叶枫，陈旺湘，胡志豪，马照龙浙江义利汽车零部件有限公司 浙江义乌 322000摘要：故障发动机被拆解之后发现固定连杆轴瓦的两根螺栓发生了断裂，通过对断裂螺栓进行宏观观察、SEM 显微分析以及对断口附近材料进行材质分析，研究确认连杆螺栓的断裂形式、原因，并提出相关改进措施。

结果表明：连杆螺栓断裂性质属于疲劳断裂，其中一根螺栓是完全疲劳断裂，另一根是部分疲劳和部分剪切断裂。

发动机连杆把机体打碎的原因1.引言1.1 概述概述：发动机连杆在发动机中起着至关重要的作用，它连接发动机的活塞和曲轴，将活塞的上下往复运动转换为曲轴的旋转运动，从而驱动发动机的运转。

然而，有时我们会听到发动机连杆折断导致整个机体破裂的事故发生。

这种情况的发生可能是由于多种原因造成的，这些原因包括设计缺陷、材料质量问题、零件磨损或过载等。

本文旨在探讨发动机连杆折断的原因，并提出一些建议来改进该方面的问题。

通过深入研究和分析连杆折断的原因，我们可以更好地了解这一问题，并为未来的发动机设计和制造提供有益的参考。

在接下来的章节中，我们将首先介绍连杆的功能和作用，以便更好地理解其在发动机中的重要性。

接着，我们将详细探讨连杆折断的原因，包括设计缺陷、材料问题以及零件磨损等方面的因素。

最后，我们将总结连杆把机体打碎的原因，并提出一些改进的建议，以帮助减少这类事故的发生率。

通过这些内容的介绍和探讨，我们希望读者能对发动机连杆折断问题有一个全面的了解，并为未来的研究和改进提供思路和启示。

1.2 文章结构文章结构部分是对整篇文章进行概述和组织安排的说明。

在本篇文章中，文章结构部分应包括以下内容:文章结构部分应该从整体上介绍文章的组织架构，描述主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分简要介绍了文章的背景和主题，提出引发连杆把机体打碎的问题，并指出对此进行研究的必要性和意义。

正文部分分为两个小节，分别是"连杆的功能和作用"和"连杆折断的原因"。

第一个小节将详细介绍连杆在发动机中的功能和作用，包括传递动力、平衡质量、改变运动方向等。

第二个小节将深入探讨连杆折断的原因，可能包括材料问题、设计问题、使用问题等，并举例说明。

结论部分总结了连杆把机体打碎的原因，并强调了改进的必要性。

接着给出了对未来改进的建议，可能包括改进材料选取、优化设计、改进生产工艺等。

文章结构的清晰明了将有助于读者理解文章的逻辑顺序和内容安排，并更好地理解发动机连杆把机体打碎的原因。

浅谈连杆断裂问题Zhao Shilai;Zhang Zhiguo【摘要】发动机实现批产,必须要完成耐久试验,冷热冲击试验,共振试验,还有各项专项试验等等.文章这个案例是发在试验期间,连杆的断裂故障直接导致发动机报废.为了解决此问题,我们从活塞,曲轴,连杆瓦,连杆,连杆螺栓进行检测分析,最后找到了发动机的故障的原因,根本是由于螺栓的缩颈所引发的.控制方案是禁止螺栓长时间裸露在外边,保证螺栓的表面要有防锈油,这样能减少故障的发生.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)013【总页数】5页(P120-123,147)【关键词】耐久试验;发动机;故障;活塞【作者】Zhao Shilai;Zhang Zhiguo【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】U467发动机要实现批产上市，要经过多轮多项试验验证，例如耐久试验，冷热冲击试验，共振试验，还有各项专项试验等等。

在试验期间，零件出现小的故障，更换新零件后发动机还可以继续试验，但是有些致命的故障会直接导致发动机报废，例如连杆断裂。

结合自己的亲身经历，分享一个解决连杆断裂的案例，希望对大家工作有所帮助。

（1）问题来源：一款自然吸气的国六发动机，800H台架耐久试验。

（2）发动机号：Hxxxxxx。

（3）冷却喷嘴数量：4个1.2L。

（4）问题发现时间：2018年9月18，17点30分。

（5）问题发现地点：T9试验室台架。

（6）运行时间：320H。

（7）现象描述：试验台架上的发动机在6000rpm时扭矩突然下降，出现异响，台架冒黑烟，按下急停开关后，进入试验间后，发现缸体破损。

机油压力、扭矩曲线见图1、图2：缸体两侧破损，轴瓦抱死、连杆断裂、螺栓折断，一缸活塞破碎，气门折弯，曲轴连杆轴颈拉伤严重。

2.3.1 缸体破损，机油相关信息。

见图32.3.2 一缸活塞组件中活塞顶部断裂，销座被拉断，连杆4处发生断裂，两根连杆螺栓都发生了断裂。

图4和图5。

发动机连杆断裂的原因发动机连杆断裂，听起来就像是一个悲剧电影的开头。

你想啊，这小家伙平时可不容易，它要承受发动机的巨大压力，像个小小的英雄一样，日夜为我们服务。

可偏偏有那么一天，它却“啪”的一声就断了。

简直让人心痛，仿佛小狗在街上被车撞了一样。

这背后的原因可真不少，咱们得好好聊聊。

连杆的材料问题就是一个大头。

咱们有时候买东西就像挑女朋友，要看外表，更要看内在。

如果材料不够好，像那些廉价货，时间一长就容易变得脆弱，最终撑不住压力就断了。

这就像你去吃一碗泡面，外面包装华丽，里面却只有几根面条，最后不出三分钟就全软了。

连杆也是一样，材料不过关，它再怎么努力也难逃“自爆”的命运。

再说说生产工艺。

这个可有意思了，生产的时候要严格把关，稍不留神，个别工序没做好，那就可能留下隐患。

就好比你在家里做饭，刀工不行，切得稀巴烂，最后上桌的菜也就成了“惨不忍睹”的作品。

连杆要是生产过程粗糙，里面的应力分布不均匀，那就等着开裂吧，简直让人心疼。

使用不当也是一个大问题。

就像你给宝宝玩具，虽然它看起来很结实，但如果让小朋友用力甩，最后还不是要散架？发动机在高负荷运转时，如果司机操作不当，比如猛加油，连杆承受的压力瞬间飙升，那可是灾难降临的前奏。

这时候连杆就像被逼急的老虎，随时可能咆哮一声，结果直接断裂，真是一出“血腥”大戏。

保养不当也是一个不能忽视的因素。

就像我们的身体，偶尔得去健身，保持健康。

发动机也需要定期保养，油液不够，润滑不足，磨损加剧，连杆自然也扛不住。

有人说过，细节决定成败，这话可真没错。

连杆的维护和保养就像爱护一盆花，不能只浇水不施肥，否则再好的花也会枯萎。

疲劳损伤也是个大问题。

想象一下，连杆每天都在使劲，像上班族每天加班到深夜，长此以往，就会出现“过劳死”。

这时候，连杆内部的微裂纹不断扩展，最终就会导致“破产”。

你说这也太惨了，简直跟人一样，拼命工作，最后却被“累死”。

环境因素也不能小看。

高温、低温、潮湿都对连杆产生影响。

发动机连杆螺栓断裂原因分析袁峰;靳宝宏;门菲【摘要】某汽车发动机连杆螺栓在发动机台架耐久试验中发生断裂.通过宏观检验、化学成分分析、扫描电镜分析、金相检验、能谱分析等方法,对螺栓的断裂原因进行了分析.结果表明:该连杆螺栓断裂模式为多源疲劳断裂;裂纹内部存在大量的磷和锌元素,说明在搓丝工序时螺栓已经产生了微小裂纹;在后期的磷化处理中,磷化液渗入微小裂纹中;台架耐久试验过程中裂纹逐步疲劳扩展并导致螺栓断裂.%A connecting rod bolt of an engine fractured during the durability bench test of the engine.The fracture reasons of the bolt were analyzed through macroscopic inspection,chemical composition analysis,scanning electron microscopy analysis,metallographic inspection,energy spectrum analysis and so on.The results show that:the fracture mode of the connecting rod bolt was multi-source fatigue fracture;there were plenty of elements of phosphorus and zinc inside cracks,which indicated that the cracks had been produced in thread rolling process;the phosphatizing liquid infiltrated into the micro cracks during the following phosphatizing treatment,and the fatigue cracks gradually expanded and led to the fracture of the bolt during the durability bench test.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2017(053)011【总页数】4页(P833-836)【关键词】发动机;连杆;螺栓;断裂;磷化;多源疲劳【作者】袁峰;靳宝宏;门菲【作者单位】泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201;泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201;泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201【正文语种】中文【中图分类】TG115.2众所周知，对于汽车发动机来说，连杆螺栓与缸盖螺栓、曲轴皮带轮螺栓、飞轮螺栓和曲轴轴承盖螺栓并称为5大关键螺栓。