構(gòu)架的母材失效分析

【摘 ?要】軌道車上的構(gòu)架在運(yùn)行三年后橫梁的母材被拉裂，裂紋明顯。采用宏觀分析、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、力學(xué)性能檢測(cè)等方法對(duì)裂紋進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：母材表面可見(jiàn)一條明顯裂紋，斷口表面可見(jiàn)少量沿晶斷裂形貌，裂紋位置靠近橫梁焊接部位，在熱影響區(qū)發(fā)生了應(yīng)力集中，是母材斷裂的主要原因。

【關(guān)鍵詞】母材、裂紋、斷口分析;化學(xué)分析;金相分析

引言

構(gòu)架在軌道車上起著非常重要的作用，承受并傳遞載荷及作用力，并使軸重平均分配，傳遞牽引力與制動(dòng)力，緩沖外力沖擊，確保在規(guī)定距離內(nèi)停車，從而保證車輛的平穩(wěn)性和安全性，使車輛有良好的直線穩(wěn)定性和曲線通過(guò)能力。及時(shí)準(zhǔn)確的分析出斷裂原因，避免以后此類情況發(fā)生。

1.宏觀分析

對(duì)送檢樣品進(jìn)行觀察，板材中間明顯有一條主裂紋，并有多條次生裂紋。主裂紋貫穿整個(gè)壁厚，有些裂紋沒(méi)有貫穿壁厚，裂紋內(nèi)部可見(jiàn)大量氧化物。裂紋內(nèi)氧化物主要由于裂紋形成后，后期緩慢擴(kuò)展形成。垂直于裂紋方向?qū)悠愤M(jìn)行切割，可見(jiàn)F部位完好， E部位切開(kāi)后沿裂紋處斷裂為兩截，斷口氧化發(fā)黑，有褐色鐵銹痕跡， 宏觀照片見(jiàn)圖1。

對(duì)E部位進(jìn)行掃描電鏡觀察（圖2），可見(jiàn)其斷口上存在少量的沿晶斷裂形貌，同時(shí)存在較多微裂紋及腐蝕形貌，樣品外表面存在大量的微裂紋，微裂紋沿厚度方向，從表面向樣品心部擴(kuò)展，斷口上觀察到明顯的疲勞斷裂形貌。

母材在發(fā)生疲勞斷裂前材料均會(huì)發(fā)生一定量的塑性變形，通過(guò)發(fā)生變形來(lái)釋放一定水平的應(yīng)力，長(zhǎng)期反復(fù)疲勞積聚下達(dá)到一定程度后裂紋萌生。當(dāng)其擴(kuò)展超過(guò)靈界擴(kuò)展尺寸時(shí)，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生顯著的宏觀塑性變形，最后緩慢擴(kuò)展直至斷裂。

對(duì)樣品F部位端面進(jìn)行宏觀分析，見(jiàn)圖3?？梢?jiàn)左側(cè)為方管（橫梁）對(duì)接焊縫，距離焊縫不遠(yuǎn)處有一條貫穿而未滲透壁厚的細(xì)長(zhǎng)裂紋。

2.金相分析

對(duì)樣品進(jìn)行母材金相組織分析，可見(jiàn)組織為鐵素體+珠光體。樣品由于經(jīng)過(guò)多次焊接熱循環(huán)，可見(jiàn)魏氏組織形貌，因其組織粗大而使材料的脆性增加，強(qiáng)度下降，出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變的不均勻性以及不平衡的結(jié)晶凝固引起的物理與化學(xué)的不均勻性，在熱影響區(qū)發(fā)生了應(yīng)力集中，是母材斷裂的主要原因，再經(jīng)過(guò)交變應(yīng)力的作用，直至斷裂。金相組織見(jiàn)圖4。

3.化學(xué)分析

從母材裂紋處切取一塊樣品，進(jìn)行化學(xué)分析檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明：該母材化學(xué)成分符合GB/T700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Q235B的化學(xué)成分規(guī)定。

4.力學(xué)性能分析

4.1硬度檢測(cè)

對(duì)樣品處理后進(jìn)行維式硬度檢測(cè)，結(jié)果表明：該母材平均硬度為128HV10，符合Q235B《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Q235B力學(xué)性能的規(guī)定。

4.2拉伸試驗(yàn)

對(duì)母材加工后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明：該母材拉伸試驗(yàn)檢測(cè)值均符合GB/T700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中Q235B力學(xué)性能的規(guī)定。

4.3沖擊試驗(yàn)

對(duì)母材加工后進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。結(jié)果表明：此母材沖擊試驗(yàn)檢測(cè)值均符合GB/T700--2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中Q235B力學(xué)性能的規(guī)定。

5.結(jié)果分析

該構(gòu)架母材化學(xué)成分和力學(xué)性能均符合GB/T700--2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求，母材表面可見(jiàn)一條明顯裂紋，斷口表面可見(jiàn)少量沿晶斷裂形貌，裂紋位置靠近橫梁焊接部位，出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變的不均勻性以及不平衡的結(jié)晶凝固引起的物理與化學(xué)的不均勻性，在熱影響區(qū)發(fā)生了應(yīng)力集中，是母材斷裂的主要原因。

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作者簡(jiǎn)介：楊秀潔（1979.10-），女，漢，陜西寶雞人，工程師，從事理化檢測(cè)研究。