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1、1喷油嘴针阀体头部断裂失效分析陈宗明提要: 采用 EPIPHOT300 金相显微镜图像分析系统和 VH5 维氏硬度计图像分析系统对 18Cr2Ni4WA 材料喷油嘴针阀体头部断裂零件进行了分析。通过分析认为，针阀体头部断裂原因是: 断裂处属于高淬硬层区，由于没有足够的韧性 , 应力集中, 抗疲劳、抗高速冲击能力差而引起的脆性断裂。并提出改进意见和建议 。关键词: 断裂原因; 高淬硬层区; 应力集中; 脆性断裂。一、概况:喷油嘴有“柴油机心脏”之称, 是柴油机燃油装置中的主要精密偶件,它由针阀体和针阀组成。18Cr2Ni4WA 针阀体零件经渗碳热处理以后, 在同一零件上能得到高碳的高硬度的表面层
2、和低碳的坚韧的芯部的合理组合, 外硬内柔, 这样就把高耐磨性和高强韧性综合在一个零件上, 从而能同时承受磨损、疲劳作用和冲击载荷, 良好的综合机械性能。某单位有一台发动机在运行中发生故障, 停机检修后, 发现喷油嘴针阀体断裂, 售后服务站送回厂, 做金相断裂原因失效分析。二、金相组织、维氏硬度 HV1 值:1.针阀体小头、小头头部断裂情况: 18Cr2Ni4WA 针阀体头部断裂情况, 为了金相制样和磨样方便,把针阀体线切割后镶嵌。见图一。图一 针阀体头部断裂 数码相机照片2. 针阀体小头圆柱金相组织:2碳化物级别 马氏体及残余奥氏体 淬硬层深度 芯部组织圆柱外圆: 1 级 3 级 0.51mm
3、 低碳马氏体 圆柱内孔: 1 级 3 级 0.55mm 低碳马氏体见图二、图三:图二 马氏体及残余奥氏体 500X图三 芯部低碳马氏体 500X3.针阀体小头头部金相组织、断裂处维氏硬度 HV1 值:31).小头头部金相组织:碳化物级别 马氏体及残余奥氏体 淬硬层深度 芯部组织1 级 4 级 见维氏硬度测定 针状马氏体 3 级见图四:图四 马氏体及残余奥氏体 500X2).用有效硬化层深度测量法, 在 HV1 负荷下进行维氏硬度测定, 试样断裂处球头内外圆壁厚间距为 0.66mm, 由外圆向球头内孔打 HV1 淬硬层梯度, 数据如下:0.09mm(747.3)、0.19mm(758.1)、0.
4、29mm(769.2)、0.39mm(768.7)、0.49mm(747.6)、0.59mm(706.9)。压痕处有脆性现象。见图五:4图五 维氏硬度测定 50X三、断裂原因分析: 针阀体技术要求为: 碳化物小于等于 4 级合格;马氏体及残余奥氏体小于等于 3 级; 硬化层深度 550HV=0.500.90mm; 芯部组织为低碳马氏体。小头圆柱碳化物级别、马氏体及残余奥氏体、淬硬层深度、芯部组织项目都在合格范围内。小头头部断裂处碳化物符合技术要求，而马氏体及残余奥氏体和芯部组织不符合技术要求。再从球头断裂处外圆向球头内孔打 HV1 淬硬层梯度的数据都在 HV1=706.9 以上,换算成 HRC
5、 为 59-62 值。(由于针阀体球头直径为 2.10mm 左右,中间分布着 5 个喷油小孔, 外圆和内孔壁厚度为 0.66mm 左右, 零件经渗碳+淬火热处理后, 造成该针阀体球头部位成为高淬硬层区。四、结论：由于喷油嘴长期处在 200左右的高温条件下工作, 针阀体承受反复高速冲击和摩擦作用。成品针阀体出厂时, 为保证硬度合格, 只经过 160180回火处理。针阀体在 200左右的高温条件下工作时, 抗回火稳定性相比较差, 组织将再次发生转变, 会导致尺寸精度的破坏。又因为针阀体头部部位本身处于高淬硬层区, 中间区域没有低碳马氏体组织(良好的综合机械性能)存在, 所以认为针阀体在工作状态时,由于没有足够的韧性,应力集中,抗疲劳、抗高速冲击能力差而引起的脆性断裂。五、改进意见和建议：从针阀体头部断裂处情况来说,建议生产厂家应减少产品零件针阀体头部部位的渗碳层深度，使头部部位中间区域保留低碳马氏体组织, 以得到高碳的高硬度的表面层和低碳的坚韧的芯部的合理组合, 外硬内柔, 承受耐磨、抗接触疲劳和冲击韧性, 防止脆性现象的产生。从而降低发动机油泵喷油嘴的故障率。参考文献1.李炯辉，施友方，高汉文编.钢铁材料金相图谱.上海科学技术出版社，1981 2.JB/T 9730-1999 柴油机喷油嘴偶件、喷油泵柱塞偶件、喷油泵出油阀偶件金 相检验5
