Fracture analysis of nodular cast iron crankshaft

Análisis de fractura del cigüeñal de fundición nodular

A partir del análisis de la fractura de un determinado tipo de cigüeñal de fundición nodular QT800-2, se analiza la causa de la fractura del cigüeñal basándose en la inspección macroscópica, el análisis metalográfico y la prueba de propiedades mecánicas. Los resultados muestran que la contracción y las grietas superficiales en el proceso de fundición son los principales factores que provocan la fractura del cigüeñal, y se proponen medidas de mejora del proceso de fabricación del cigüeñal de fundición nodular QT800-2.

INTRODUCCIÓN

El cigüeñal es uno de los componentes más importantes del motor del automóvil[1] La fundición nodular se utiliza ampliamente en la producción industrial debido a su buena resistencia y tenacidad, buena resistencia a la fatiga y bajo coste de producción. Especialmente para la fundición de piezas importantes con cargas dinámicas, orificios o resaltes, como cigüeñales, cubos, bielas y árboles de levas[2-3] Toda la potencia del motor se produce a través del cigüeñal. Cuando funciona, el cigüeñal soporta la presión periódica de los gases y la fuerza de inercia del movimiento alternativo y giratorio del grupo biela-pistón, y su entorno de trabajo es muy malo[4-5]. Bajo la acción de esfuerzos cíclicos como flexión, torsión, vibración, tensión y compresión durante mucho tiempo, el cigüeñal es fácil de producir deformación por flexión y torsión, grieta por fatiga e incluso fractura [6-7] Por lo tanto, el análisis de fallos del cigüeñal fracturado es de gran importancia para mejorar la calidad y fiabilidad del cigüeñal. [8-10]

El cigüeñal de un motor diesel de 4 cilindros de un camión se rompe durante el funcionamiento. El eje está hecho de QT800-4. El proceso principal es fundición→tratamiento térmico→granallado superficial→mecanizado. La muestra metalográfica se corta de la fractura, y el diagrama de muestreo se muestra en la Figura 1. La muestra de dureza se corta del 5º eje principal, y la muestra de tracción se corta del 8º cigüeñal para su ensayo. El inicio de la grieta se localiza en la parte de transición de la cuarta biela y la octava manivela. Para averiguar la causa de la fractura del cigüeñal, se realizó un análisis de fallo de este cigüeñal.

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LAS PRUEBAS

Análisis macroscópico del cigüeñal

En la figura 1 se muestra el aspecto macroscópico de la fractura. Toda la fractura carece de grieta de fatiga y es una fractura frágil instantánea, y algunas zonas alrededor de la fractura están desgastadas.