某型動車組鋼彈簧磁粉探傷線性缺陷分析

陳朝　王靖　孫鵬

摘要：某型動車組鋼彈簧在磁粉探傷時發(fā)現(xiàn)線性缺陷，理化檢驗結果表明鋼彈簧內(nèi)側的凹坑缺陷及其引起的應力集中效應導致表面萌生微裂紋，微裂紋可以用修磨和拋丸的方法消除并通過疲勞試驗驗證。

Abstract： The linear defect was found in the magnetic particle inspection of a certain EMU steel spring. The results of physical and chemical inspection showed that the pit defect in the inner side of the steel spring and the stress concentration effect caused by it led to the initiation of surface microcrack. The microcrack can be eliminated by grinding and shot blasting and verified by the fatigue test.

關鍵詞：鋼彈簧;線性缺陷;微裂紋

Key words： steel spring;linear defect;microcrack

0? 引言

鋼彈簧在動車組運行過程中具有承載，減振功能，是動車組一系懸掛系統(tǒng)的重要組成部分。某型動車組在高級修時，對鋼彈簧熒光磁粉探傷時，發(fā)現(xiàn)鋼彈簧內(nèi)側表面存在聚粉線性缺陷，如圖1所示。

該鋼彈簧材質為51CrV4，本文對鋼彈簧線性缺陷的部位進行化學成分，金相組織檢驗，分析鋼彈簧線性缺陷產(chǎn)生的原因，并對消除鋼彈簧缺陷的方法及其抗疲勞性能進行評估。

1? 理化檢驗

對鋼彈簧內(nèi)側表面宏觀形貌檢查，發(fā)現(xiàn)有縱向的不規(guī)則凹坑，如圖2所示。鋼彈簧化學成分檢測符合EN10089標準中51CrV4彈簧鋼成分要求，各元素質量分數(shù)見表1。彈簧基體組織為回火托氏體，未見明顯脫碳層。對線性缺陷部位橫向剖面的金相組織檢驗，發(fā)現(xiàn)凹坑處有微裂紋，深度為6μm左右，顯微形貌如圖3所示。

2? 缺陷消除及試驗驗證

對鋼彈簧線性缺陷用專用電動吊磨機修磨，修磨深度不大于0.5mm并圓滑過渡，修磨完成后對鋼彈簧拋丸處理，拋丸后磁粉探傷復檢，熒光線性聚粉現(xiàn)象消除。選取3個線性缺陷明顯的鋼彈簧進行疲勞試驗，在疲勞試驗臺上，對鋼彈簧施加工況載荷，頻率1～3Hz，進行2×106次疲勞試驗后，鋼彈簧未發(fā)現(xiàn)裂紋或折斷情況。

3? 分析與討論

理化檢驗的結果表明，存在線性缺陷的鋼彈簧化學成分、基體組織符合技術標準要求，鋼彈簧近表面未見明顯脫碳層。宏觀檢查鋼彈簧內(nèi)側表面有不規(guī)則的凹坑，凹坑區(qū)域的金相組織顯示表面有約6μm深的微裂紋，這是造成磁粉探傷顯示線性缺陷的原因。

微裂紋位置位于鋼彈簧的第二圈和第三圈，鋼彈簧端部承受的壓力和振動最大，凹坑缺陷使得鋼彈簧內(nèi)側受力不均而產(chǎn)生應力集中，凹坑缺陷是鋼彈簧在熱成型繞制過程中產(chǎn)生，表面狀態(tài)不良，在應力集中效應下，從表面薄弱處萌生裂紋。如果裂紋不消除，在運營中有擴展并導致簧條折斷的風險。

微裂紋深度約為6μm，可通過打磨和拋丸的方法消除，裂紋消除后磁粉探傷檢查無聚粉線性缺陷，疲勞試驗結果合格。

4? 結論

①鋼彈簧內(nèi)側表面的凹坑缺陷及其產(chǎn)生的應力集中效應是微裂紋萌生的原因，該微裂紋導致熒光磁粉探傷的聚粉線性缺陷。

②鋼彈簧內(nèi)側表面的微裂紋可通過打磨和拋丸的方法消除，并通過疲勞試驗驗證。

③動車組在高級修時，應對鋼彈簧增加磁粉探傷檢查要求。

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作者簡介：陳朝（1984-），男，河南新鄭人，工程師（中級），質量工程師，研究方向為動車組轉向架質量管控。