Arborele Cotit

Rezumat

Un arbore cotit a fisurat într-un mod ciudat in timpul un test fara sarcina, dupa numai 20 min. Patru fisuri au fost gasite la marginea gaurii de ungere. Folosind analiza mecanică, microstructurală şi metalurgică, cauza acestei avarii a fost identificata ca fiind forţa de frecare excesiva cauzată de repararea şi asamblarea necorespunzătoare arborelui cotit.

1.Introducere

Arborele cotit avariat era nou (model RD8T), fiind montat pe motorul unui buldozer TCM-175B. După o reparaţie la carter, arborele cotit a fost montat pe motor si apoi s-au facut teste, fără nici o sarcină. 20de minunte mai târziu a apărut un zgomot neobişnuit, iar testul a fost oprit în mod automat. A fost efectuată o dezansamblare pentru verificări si s-au descoperit patru fisuri, toate situându-se la marginea orificului de ungere de pe fusul palier IV (Figura 1). Lungimea fisurilor a fost de 6-9 mm. S-a observat ca si cuzinetul IV a fost serios avariat (Figura 2). Materialul antifrictiune de la interiorul cuzinetului a fost aproape în totalitate indepartat. Numai mici portiune din acest material au ramas aleator pe suprafaţa arborelui si a cuzinetului. Culoarea suprafaţei fusului palier IV a fost modificata şi s-au observant zone circulare albastre şi negre, traversate de fisuri. Nici o altă pagubă nu a mai putut fi observata cu ochiul liber.

Fig. 1. Ilustrare schematică a arborelui cotit şi fisurilor din fusul palier numarul patru

Fig. 2. Cuzinetul deteriorat

2. Analiză chimică

A fost analizat un eşantion prelevat din arborele cotit, confectionat din otel 40CrMnMo (Tabelul 1). In urma analizelor s-a constatat un conţinut de Mn şi Mo cu putin mai mic decat cel nominal, insa acest lucru nu putea induce nici un efect grav asupra proprietatilor materialului.

3. Analiza metalurgica si teste de duritate

Două esantioane au fost prelevate din arbore: unul a fost tăiat vertical prin fisura, pentru a vedea traseul acesteia, iar celalalt a fost obtinut prin aplicarea unei sarcini progresive pe arbore, pana la ruperea acestuia si una dintre bucatile rezultate a fost folosita pentru analize metalografice.

Testele pentru microduritate au aratat că duritatea stratului superficial călit a fost redusă datorită incălzirii excesive (Figura 3).

Tab. 1. Compoziţia chimică a materialuilui arborelui cotit

C Si Mn S P Cr Ni Mo

0,390 0,270 0,830 0,013 0,020 1,170 0,087 0,190

Cu ajutorul unui microscop electronic S-570 au fost investigate microstructura materialului de baza si a celui de la suprafata fisurii. Microstructura arborelui în centrul secţiunii a fost sorbitica (Fig. 4). In stratul superficial dur, de aproximativ 3,2 mm grosime, structura a fost de martensită (Fig. 5). Unele sorbite calite pot fi văzute si în apropierea suprafaţei arborelui (Fig. 6). Dimensiunea grauntilor de martensita variaza de la mare la fină cu creşterea distanţei de la suprafaţa arborelui.

Fig. 3. Distribuţia duritatii in stratul superficial al arborelui, pe directie radiala

Fig. 4. Microstructura parţii

centrale a arborelui

Fig. 5. Microstructura zonei

de tranzitie

Fig. 6. Microstructura stratului

de la suprafaţa arborelui

4. Analiza fractografica

Se observa fisurile s-au format in trei zone (Fig. 7). Fiecare fisură a fost iniţiată de la muchia orificiului de ungere şi orientarea lor a fost in lungul arborelui. Ele exista intr-o zonă îngustă de-a lungul suprafaţei arborelui. Zona a doua prezinta o mica înclinaţie si o culoare estompata. Zona a treia este una larga, cu aceeaşi orientare ca si prima.

Microscopia arată că fiecare zonă are propria caracteristică: în prima zona conturul format din planul multi-alunecare (Fig. 8), zona a doua este una adâncită (Fig. 9) şi zona a treia este una de rupere (Fig. 10).