FXN5C型機車車輪開裂的分析與建議

金文銳

摘要：FXN5C型機車車輪在疲勞試驗進行至約280萬次時發(fā)現(xiàn)輪輻開裂，嚴重影響生產(chǎn)進度。我們通過化學成分分析、力學性能檢測、金相分析等方法綜合分析，認為造成疲勞開裂的主要原因是輪輻表面機加工后產(chǎn)生二次淬硬組織所致。故建議采取措施改進表面加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：疲勞;車輪;表面加工

C-0011車輪在疲勞試驗進行至約280萬次時發(fā)現(xiàn)輪輻開裂，見圖l。設計要求為1000萬次?，F(xiàn)場可見裂紋位于輪輻弧面處;車輪外側(cè)裂紋長約45mm，車輪內(nèi)側(cè)裂紋長約30mm?，F(xiàn)將裂紋打開，并作進一步分析。

一、宏觀斷口

經(jīng)取樣打開斷口，車輪斷口全貌如圖2所示，該斷口為疲勞斷口，貝紋線清晰可見。圖2中箭頭所指為疲勞源，疲勞擴展區(qū)約占整個斷口面積的75%。斷口下方有許多“半圓形”痕跡，也是疲勞源區(qū)，表現(xiàn)為多源疲勞開裂，為應力過大所致，為后開裂區(qū)。斷口內(nèi)高出的“山脊”為最后瞬斷區(qū)。從斷口側(cè)面（機加工面）觀察，可見斷口開裂前沿與加工刀痕重合。

另外，測得車輪外側(cè)疲勞源附近表面粗糙度為0.7-2.7um，符合設計要求。下面取樣進一步分析。

二、金相組織

對試樣磨拋浸蝕后檢驗，其裂紋源處附近表面金相組織見圖3，表面有二次硬化層，深度約2.7um。基體金相組織為帶狀分布的珠光體+鐵素體，晶粒度為8-7級。另取遠離疲勞源處試樣檢查其表面進行組織，二次硬化層不明顯。可見車輪表面加工過程中局部有二次淬硬現(xiàn)象。

三、非金屬夾雜物

沿試樣縱向進行磨拋后在顯微鏡下觀察，根據(jù)GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》，其非金屬夾雜物評級級別為AO，BO，co，D0.5，Ds0級。

四、化學成分

從輪輻疲勞源附近和遠離疲勞源處取樣，進行化學成分檢測。結(jié)果見表1。兩組結(jié)果都符合設計要求。

五、力學性能

從輪輻上取拉伸試樣，進行拉伸試驗，結(jié)果見表2。對照技術(shù)條件，都符合要求。

六、結(jié)論與建議

該車輪輪輻處為疲勞開裂。其化學成分復合材料要求，其力學性能符合設計要求。其輪輻表面裂紋源附近有約2.7um的白色硬化層組織，且裂紋沿刀痕擴展的趨勢較明顯，對疲勞開裂有一定的影響。

根據(jù)以上試驗，建議：

1.在表面加工前，檢查刀頭質(zhì)量。

2.在表面加工時，優(yōu)化切削工藝，如：降低進刀速度，調(diào)整轉(zhuǎn)速等。尤其是在車輪輪輻弧面，應當適當控制進刀速度。

3.增加冷卻液，避免表面加工時表面組織過熱;另外，檢查冷卻液，及時補充冷卻液。