曲轴是汽车发动机最重要、最关键的零件，也是其核心运动部件。曲轴生产质量的好坏直接影响发动机的性能及寿命。巴西生产的发动机曲轴在运行很短时间后，发生断裂。本文通过对断裂曲轴进行的宏观、微观和化学成份等方面的综合分析，找出失效发动机曲轴断裂的主要原因，为以后曲轴质量的改进提高提供依据。

（1）化学成分分析

（2）宏观分析

曲轴在第3连杆断裂失效，而不是在更高负载的后部第6连杆。裂纹源的位置不在关键的感应淬火圆角位置，而是在锻造面上，因此，故障位置显示断裂的根本原因是曲轴的质量问题，而不是由于发动机过载断裂。

裂纹由多条裂纹源引发，且裂纹源均在4主轴颈凸台上部的膀臂上，裂纹面检查发现光滑的弯曲疲劳破坏，显示一个非常大的疲劳裂纹增长。由此推断认为是发动机运行很短时间后，裂纹迅速扩展并最后断裂。曲轴瞬断区面积较小，可以判定曲轴在使用过程中受到外力作用并不大，这也说明不是由于发动机过载引起断裂。该曲轴第4主轴颈和第3连杆发生拉瓦现象，轴颈拉瓦划痕较深，轴颈表面颜色较黑。主轴颈断裂一侧的凸台有烧伤痕迹，但是没有划痕现象，其它轴颈较好，无拉瓦烧瓦等痕迹。图5中用4%的硝酸酒精侵蚀后发现，圆角位置淬火层轮廓良好，轴颈位置有明显的二次淬火现象。

（3）淬火深度和淬火轮廓分析

第4主轴分解、取样对淬火层进行检验，取样位置试样淬火层轮廓形状良好，圆角部位淬火层轮廓饱满圆润，轴颈部位淬火层有轻微的马鞍形。试样淬火层轮廓形状良好，圆角淬火层轮廓圆润饱满，而轴颈部位明显有两次淬火的痕迹，即二次淬火。

依据GB/T5617－2005《钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定》检测方法，对淬火层深度进行梯度检测，检测结果见表2。从表2中可以看出，试样圆角位置淬火层深度都满足技术要求。

试样轴颈位置淬火层深度为0mm，淬火层各个位置HRC硬度都低于49HRC。

试样轴颈淬火层深度大于6mm，轴颈两次淬火层重叠，且二次淬火层深度明显大于一次淬火层。所以2#试样轴颈淬火层深度检测的是二次淬火层深度。

主轴淬火层深度

淬火层轮廓深度的检测结果见表3。从表3中可以看出，圆角和轴颈淬火层轮廓深度都符合技术要求。

（4）微观分析

对试样轴颈淬火层进行金相检测，发现轴颈表面金相组织主要由粗大马氏体、少量铁素体组成，往里则依次出现索氏体、珠光体、铁素体等组织，轴颈表面有轻微的脱碳现象，脱碳层最深大约有39μm。

      产生这种组织的原因主要是轴颈与轴瓦之间缺少润滑油，轴颈与轴瓦之间无法形成油膜，造成二者之间干摩擦。当曲轴轴颈和连杆轴颈的油道或油孔堵塞，造成发动机曲轴轴颈与轴瓦之间由于没有油膜保护而出现严重干磨，接触表面达到极限高温，曲轴颈与轴瓦之间就相互咬死、烧结，在轴颈表面发生二次淬火及高温回火。当轴颈表面层的瞬间温度超过钢的Ac1点，轴颈表面就会出现二次淬火马氏体，而在轴颈表层下由于温度梯度大，时间短，只能形成高温回火组织。脱碳是钢材加热时表面碳含量降低的现象。脱碳层的组织特征：脱碳层由于碳被氧化，反映在化学成分上其含碳量较正常组织低；反映在金相组织上其渗碳体（Fe3C）的数量较正常组织少；反映在力学性能上其强度或硬度较正常组织低。零件上不加工的部分（黑皮部分）脱碳层全部保留在零件上，这将使性能下降，疲劳强度降低，导致零件在使用中过早地发生疲劳损坏。

      为验证疲劳强度，对失效曲轴锻造曲柄轮廓良好的第1连杆和锻造曲柄轮廓不好的第6连杆进行弯曲疲劳试验。结果见表4。从表4中可看出，锻造曲柄轮廓不好的第6连杆疲劳强度明显比锻造曲柄轮廓良好的第1连杆差。