浅谈对船用曲轴试样的检测

摘要：船用曲轴是船舶柴油机承受负荷最大的部件之一，其强度对船舶柴油机的可靠性和寿命至关重要。文章从拉伸试验、硬度试验、冲击试验、化学成分分析、金相分析几个方面谈了对船用曲轴的检测。

关键词：船用曲轴；船舶柴油机；拉伸试验；硬度试验；冲击试验；化学成分分析；金相分析

中图分类号：TK42 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0075-02

船用曲轴是船舶柴油机中最重要和承受负荷最大的部件之一，船舶柴油机工作过程中，船用曲轴承受着拉伸、压缩、弯曲复合应力的作用，它在很大程度上决定并影响着船舶柴油机的整体性能，船舶柴油机的可靠性和寿命也在很大程度上取决于船用曲轴的强度。随着船舶柴油机不断向高指标、高增压方向发展，要求船用曲轴具有更高的强度、刚度及冲击韧性、耐磨性。下面就实际检测工作中船用曲轴试样的检测谈些体会。

船用曲轴试样的检测分为拉伸试验、硬度试验、冲击试验、化学成分分析、金相分析。

1 拉伸试验

拉伸试验考核抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率四个指标。为避免缺口效应而造成应力集中，拉伸试样必须光滑，达到一定的粗糙度要求，拉伸中试验速率应保持恒定。四个指标中抗拉强度、屈服强度是强度指标，如果屈服不明显，应试用引伸计测试0.2%伸长的应力，也即非比例屈服强度。断后伸长率、断面收缩率是塑性指标，试验过程中应防止操作不当，如试样夹偏，试验如发生试样在标距外断裂或出现两个及以上缩颈则无效，应重新试验。

2 硬度试验

硬度试验以布氏硬度为指标考核，实质上是测试材料表面抵抗塑性变形的能力。硬度试验操作简单，主要是要多点测试，试样表面要平整光滑，表面粗糙度≤Ra3.2?m，以保证压痕边缘清晰、测量准确。

3 冲击试验

船用曲轴是在动载条件下工作的，因此不光要用静载力学性能的指标来衡量，还需要用冲击试验来考察材料的抗冲击能力和材料的可靠程度。冲击试验对材料使用中至关重要的脆性倾向问题和冶金质量内部缺陷问题极为敏感，因此也是检查材料脆性倾向和冶金质量的比较方便的方法。冲击试样选取3个，取平均值为冲击值，试验温度为室温，试验缺口选用V型，试验尺寸取（10×10×55）mm，

如果发现试样上淬火裂纹应重新制作。如金属韧性太大，试样未能折断，应在试验记录中注明“未折断”字样，并在值前加“>”符号。

4 化学成分分析

船用曲轴的材质一般选用42CrMoA，由于合金元素Cr少部分溶于Fe3C中，大部分溶于铁素体，还有合金元素Mo，可使材料具有较高的淬透性和较好的强度，减轻了材料的回火脆性倾向，因此化学成分重点考查合金元素。测试方法可用光谱分析法、复核化学分析法。

5 金相分析

金相分析可以从三个方面进行：非金属夹杂物、低倍组织、晶粒度。

5.1 非金属夹杂物

非金属夹杂物分为脆性夹杂物：B类氧化铝类、D类球状氧化物类；塑性夹杂物：A类硫化物类、C类硅酸盐类。这些非金属夹杂物积聚严重时将割裂基体材料的连续性，使强度和冲击值明显降低。在实际中出现曲轴经调质后校直时发生断裂，因此为保证曲轴的性能，非金属夹杂物的级别应按照GB/T10561-2005评级图标准脆性夹杂物和塑性夹杂物单项控制在1.5级以内，总和控制在2.5级以内，试样取样方向为沿轴向方向。试样在砂轮机上磨平，用粗砂纸粗磨，再用1500目左右的细砂纸研磨，然后在抛光机上抛光，用酒精擦洗表面后烘干按GB/T10561-2005评级图评级。试样抛光时，最重要的是避免夹杂物的剥落、变形或抛光表面被污染，以便检验面尽可能干净和夹杂物的形态不受影响。对于每一类夹杂物，按检验面上最恶劣视场相符合的标准图片的级别数评级。评定时如果两夹杂物之间的纵向距离小于或等于40?m且沿轧制方向的横向距离小于或等于10?m时，则应视为一条夹杂物或串（条）夹

杂物。

5.2 低倍组织

低倍组织推荐采用热浸法，用1：1盐酸水溶液加热至70℃，放入试样70℃～80℃试样维持20分钟，再拿出试样放入碳酸钠水溶液（中和盐酸）用刷子刷净表面，烘干后按GB/T1979-2001图谱评级。可考查一般疏松、中心疏松、锭型偏析、一般点状偏析四项，一般疏松、中心疏松、锭型偏析单项控制在2级以内，一般点状偏析不允许出现。评定时各类缺陷以目视可见为限，其轻重程度介于相邻两级之间，可评半级。

5.3 晶粒度

试样制作从取样至抛光按非金属夹杂物，抛光后将试样抛光面向上放入炉中在860℃±10℃下加热，保温1小时，然后淬入冷水中。根据氧化情况，试样适当倾斜10°～15°进行研磨和抛光，尽可能完善显示出氧化层的奥氏体晶粒。评定可采用比较法与GB/T6394-2002标准系列评级图对比来评定平均晶粒度。晶粒度大小可控制在8级以内。影响晶粒度的因素很多，有加热温度温试、时间、含碳量、合金元素、未熔第二相质点（如夹杂物），通过对晶粒度的判定，也能对热处理工艺进行调整。如实际中高温保留过长及进控冷线以前冷却速度不够都是造成晶粒度偏大的原因。再如合金元素Ti、V、Wu、Mo、Nb能起细化晶粒的作用，而Mn则促使晶粒长大。

从以上几个方面通过对曲轴试样的检测，能够判断出曲轴在承受动载、静载、交变应力时的性能，为曲轴的设计、制造提供了科学依据和参考。

作者简介：尤高君（1976—），男，江苏靖江人，江苏省靖江市产品质量监督检验所助理工程师，研究方向：产品质检。

（责任编辑：周 琼）