曲轴扭转疲劳试验

检测项目

曲轴扭转疲劳试验主要包含以下核心检测指标：静态扭转强度测试用于测定材料在极限扭矩下的屈服强度和断裂强度；动态疲劳寿命测试通过施加交变扭矩载荷确定曲轴的S-N曲线（应力-寿命曲线）；裂纹扩展速率分析采用断裂力学方法研究初始缺陷在循环载荷下的扩展规律；残余应力测试通过X射线衍射法评估加工过程产生的内部应力分布；微观组织分析利用金相显微镜和扫描电镜观察断口形貌特征。

检测范围

本试验适用于各类内燃机用曲轴的质量验证：

• 按应用领域：汽车发动机（汽油/柴油）、船舶发动机、发电机组动力轴系
• 按材料类型：球墨铸铁曲轴（QT700-2）、锻钢曲轴（42CrMo4）、粉末冶金曲轴
• 按工艺特征：整体锻造曲轴、组装式曲轴、表面强化处理（氮化/喷丸）曲轴
• 按规格参数：主轴颈直径50-300mm、曲柄半径30-150mm的各类曲轴总成

检测方法

依据ISO 23718:2015《内燃机曲轴动态试验方法》建立标准流程：

1. 静态预加载阶段：以5%额定扭矩为步长逐步加载至150%工作扭矩，记录各节点变形量
2. 动态循环测试：采用正弦波载荷谱施加交变扭矩（R=-1），频率范围15-35Hz
3. 应变测量：在主轴颈圆角处布置三向应变花（0°/45°/90°），采样率≥5kHz
4. 失效判定：当振幅衰减超过10%或出现可见裂纹时终止试验
5. 断口分析：按照ASTM E1823进行断口清洁处理后进行SEM微观形貌观察

检测仪器

注：所有设备均需定期进行计量溯源验证，扭矩传感器校准依据JJG 269-2006《扭转试验机检定规程》，温度测量系统校准符合ISO 18434-1标准要求。

典型测试参数示例：
| 项目 | 汽油机曲轴 | 船用柴油机曲轴 |
|---------------------|------------|----------------|
| 最大工作扭矩(N·m) | 850 | 5200 |
| 测试频率(Hz) | 25 | 18 |
| 循环基数(次) | 1×10⁷ | 5×10⁶ |
| 许用温升(℃) | ≤55 | ≤65 |
| 失效判据(裂纹长度) | ≥3mm | ≥5mm |

重要标准引用： ISO 23718:2015《内燃机曲轴动态试验方法》 ASTM E466-15《金属材料轴向力控制疲劳试验标准》 SAE J1099《发动机部件疲劳试验通用规范》 DIN 50100:2016《载荷控制疲劳试验》 GB/T 3075-2008《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》

应力比(R)

Tmin/Tmax的比值表征载荷特性参数

S-N曲线

表征材料在交变应力作用下疲劳寿命的统计分布曲线

裂纹闭合效应

裂纹面接触导致的应力强度因子幅值降低现象

相位同步误差

扭矩加载波形与角度信号的时滞偏差应控制在±0.5°以内