某型發動機飛輪齒圈斷齒故障分析

劉錦

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

關鍵詞：飛輪齒圈;斷齒;熱處理工藝

概述：汽車發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動齒輪相嚙合啟動發動機，如果其中一個或多個齒出現斷齒，起動機的驅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生變化，對應的電流也會發生猛烈的變化，如此反復，不僅發動機使用壽命縮短，甚至還會造成嚴重的安全事故。根據其工作特點，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—正火或調質處理—車床加工—滾齒—鉆孔—淬火處理——探傷—高溫回火—檢測—包裝。

我公司某型發動機在整車廠裝配至整車時，發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商的同一批次飛輪齒圈，為分析斷裂原因，將兩臺發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，該處應力集中，因齒圈表面做發藍處理，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始發于感應淬火環節。

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。證明感應淬火環節齒圈位置經常發生變化。

6. 磁粉探傷測試：齒圈齒底存在斷續裂紋，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

經多方面調查研究、分析，這兩臺發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，導致本應韌性很好的基體變得脆硬，組織內應力增大。

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

（3）齒圈在高頻淬火后，應及時進行回火處理消除組織內應力，但回火爐出現故障無法工作，導致其內應力無法及時消除，從而產生裂紋。

（4）現場管理混亂，發現熱處理設備出現故障后，沒有對設備中的齒圈進行標記和檢查，僅維修好設備就繼續進行回火處理，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動機，共有200余臺，涉及金額達200余萬元。因問題發現及時，剩余發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，我司與供應商建議如下解決方案：

（1）供應商將合格批次的飛輪齒圈總成立即發空運至整車廠;

（1）我公司售后人員對剩余發動機進行粗選，將問題發動機分離出來;

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;

供應商應立即加裝齒圈淬火固定裝置，增加熱處理情況記錄表;

供應商應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;

我公司對該供應商應進行審核，并對其產品加大抽檢力度。

結果

經過處理，除兩臺故障發動機外，該批次發動機共篩選出了60余臺問題發動機，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。該供應商整改工作完成，后續提供產品截至目前未發現類似故障出現。

參考文獻：

[1]機械失效分析手冊.四川科學技術出版社，1999年.

[2]金相標準匯編（內部發行）.四川省機械工程學會，1992年.

（四川省綿陽市新晨動力機械有限公司，四川 綿陽 621000）