劉錦

摘 要：整車裝配時，飛輪齒圈個別齒發(fā)生斷裂，經(jīng)理化檢驗和現(xiàn)場調(diào)查，斷裂是由于熱處理環(huán)節(jié)中私自減少工藝環(huán)節(jié)、熱處理過程缺乏管控造成。本文對汽車發(fā)動機飛輪齒圈斷齒的原因進行全面、詳盡的分析總結(jié)，對同類故障模式有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：飛輪齒圈;斷齒;熱處理工藝

概述：汽車發(fā)動機上的飛輪齒圈總成是把起動機動力傳遞到曲軸的連接件，主要作用是實現(xiàn)起動機與曲軸之間的動力傳遞，而飛輪齒圈的主要作用是與起動機的驅(qū)動齒輪相嚙合啟動發(fā)動機，如果其中一個或多個齒出現(xiàn)斷齒，起動機的驅(qū)動齒輪嚙合時就會落空，起動機瞬間會有一個加速，然后又被下一齒擋住，起動機的線路的負載就會猛烈的發(fā)生變化，對應(yīng)的電流也會發(fā)生猛烈的變化，如此反復(fù)，不僅發(fā)動機使用壽命縮短，甚至還會造成嚴重的安全事故。根據(jù)其工作特點，要求齒部有很好的耐磨性，齒根部又有很好的韌性。加工工藝為：毛坯鍛造—毛坯檢測—正火或調(diào)質(zhì)處理—車床加工—滾齒—鉆孔—淬火處理——探傷—高溫回火—檢測—包裝。

我公司某型發(fā)動機在整車廠裝配至整車時，發(fā)生了兩起飛輪齒圈不明原因斷齒的故障，其故障件為同一供應(yīng)商的同一批次飛輪齒圈，為分析斷裂原因，將兩臺發(fā)動機上的飛輪齒圈拆下與正常件一起進行了以下項次檢測，并采取了排除故障的措施。（1#、2#為故障件，3#為正常件）

1.材料成分分析：齒圈材料為45#，材料成分均合格。

2. 硬度檢測：1#、2#齒部硬度均超上限，1#、2#芯部硬度均不合格。

3. 宏觀金相分析：故障齒圈未斷齒的底部均存在細小裂紋，均位于齒根倒角處，該處應(yīng)力集中，因齒圈表面做發(fā)藍處理，我司售后人誤認為是車床加工留下的刀痕。斷齒位置表面局部存在氧化現(xiàn)象，表明裂紋形成時間較早，淬火斷裂部位未見塑性變形，呈脆性分布，由熱處理工藝流程粗步推斷裂紋應(yīng)始發(fā)于感應(yīng)淬火環(huán)節(jié)。

4. 顯微組織分析：兩件故障齒圈的非金屬夾雜物均符合要求，裂紋處未見明顯脫碳現(xiàn)象，齒部顯微組織為細針馬氏體+少量殘余奧氏體，芯部組織為索氏體+鐵素體，芯部組織不合格。（齒圈毛坯只做正火處理）另一件為珠光體+鐵素體，金相組織合格。

5. 淬硬層深度檢測：標準要求齒部均淬透，齒根淬硬層深0.5—1.0mm，實測齒根淬硬層深約4.0mm、2.0mm、1.0mm，1#、2#不合格。證明感應(yīng)淬火環(huán)節(jié)齒圈位置經(jīng)常發(fā)生變化。

6. 磁粉探傷測試：齒圈齒底存在斷續(xù)裂紋，部分齒底裂紋貫穿，表明兩件故障件淬火后均未進行探傷檢測。

故障原因分析

經(jīng)多方面調(diào)查研究、分析，這兩臺發(fā)動機的飛輪齒圈斷齒的原因是由幾個主要因素綜合作用的結(jié)果。

（1）高頻淬火過程中，齒圈放置后未進行固定，使其同批齒圈的淬硬層深度跨度很大，有的甚至基體部分也幾乎淬透，導(dǎo)致本應(yīng)韌性很好的基體變得脆硬，組織內(nèi)應(yīng)力增大。

（2）圖紙要求齒圈淬火后應(yīng)100%做探傷檢測，供應(yīng)商為降低成本僅按百分比抽檢了幾件，故而未能及時發(fā)現(xiàn)故障。

（3）齒圈在高頻淬火后，應(yīng)及時進行回火處理消除組織內(nèi)應(yīng)力，但回火爐出現(xiàn)故障無法工作，導(dǎo)致其內(nèi)應(yīng)力無法及時消除，從而產(chǎn)生裂紋。

（4）現(xiàn)場管理混亂，發(fā)現(xiàn)熱處理設(shè)備出現(xiàn)故障后，沒有對設(shè)備中的齒圈進行標記和檢查，僅維修好設(shè)備就繼續(xù)進行回火處理，使故障件與正常件混在一起。

排故措施

該批次飛輪齒圈已全部裝上發(fā)動機，共有200余臺，涉及金額達200余萬元。因問題發(fā)現(xiàn)及時，剩余發(fā)動機未裝上配套車輛，為了排除故障風險與降低損失、以及不影響整車廠裝車進度的前提下，我司與供應(yīng)商建議如下解決方案：

（1）供應(yīng)商將合格批次的飛輪齒圈總成立即發(fā)空運至整車廠;

（1）我公司售后人員對剩余發(fā)動機進行粗選，將問題發(fā)動機分離出來;

再對分離出的飛輪齒圈全部探傷檢測，將有裂紋的飛輪齒圈選出并更換新的飛輪齒圈總成;

供應(yīng)商應(yīng)立即加裝齒圈淬火固定裝置，增加熱處理情況記錄表;

供應(yīng)商應(yīng)在出廠前對每件齒圈做探傷檢測并打上標識，以備我司查驗;

我公司對該供應(yīng)商應(yīng)進行審核，并對其產(chǎn)品加大抽檢力度。

結(jié)果

經(jīng)過處理，除兩臺故障發(fā)動機外，該批次發(fā)動機共篩選出了60余臺問題發(fā)動機，更換12臺飛輪齒圈總成。按時完成交付并將損失將至10萬以內(nèi)。該供應(yīng)商整改工作完成，后續(xù)提供產(chǎn)品截至目前未發(fā)現(xiàn)類似故障出現(xiàn)。

參考文獻：

[1]機械失效分析手冊.四川科學(xué)技術(shù)出版社，1999年.

[2]金相標準匯編（內(nèi)部發(fā)行）.四川省機械工程學(xué)會，1992年.

（四川省綿陽市新晨動力機械有限公司，四川 綿陽 621000）