軸箱外圈彈簧疲勞斷口分析范文

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《工程與試驗雜志》2014年第四期

1材質分析

在斷裂軸箱外圈彈簧上截取材質化學成分，分析試樣，采用德國SPECTROM8直讀光譜儀進行材質分析的結果見表1?？梢姡撦S箱外圈彈簧的材質符合EN10089：2002標準中51CrV4彈簧鋼要求。

2金相檢測

根據《鋼中非金屬夾雜物含量的測定－標準評級圖顯微檢驗法》（GB／T10561－2005）和德國《金相試驗方法特殊鋼中非金屬夾雜物的高倍金相檢驗》（DIN50602：1985），采用NEOPHOT－32光學金相顯微鏡觀察并進行夾雜物等級的評定，評級結果見表2。按照EN13298：2003標準要求，當彈簧棒料直徑在17mm～35mm范圍時，K3≤40?？梢姡瑠A雜物的檢測結果符合標準要求。根據《金屬平均晶粒度測定方法》（GB／T6394－2002）檢測，斷裂軸箱外圈彈簧的原奧氏體平均晶粒度為8級，滿足EN13298：2003標準規定的晶粒度不低于6級的要求。在斷裂軸箱外圈彈簧疲勞裂紋源區的未開裂裂紋處截取斷口金相試樣，采用NEOPHOT－32光學金相顯微鏡進行金相檢測。試樣拋光后檢查，裂紋源區的彈簧表面既無材料冶金缺陷，也無機加工產生的表面缺陷，但在裂紋源區附近的彈簧表面上的局部磕痕區域內，有長度約0．85mm的未開裂裂紋。該裂紋的裂縫內無腐蝕產物，其裂紋起始端的裂縫較寬，尾端較細，顯示該裂紋有擴展跡象，見圖5。試樣浸蝕后在金相顯微鏡下檢查，裂紋源區彈簧表面及未開裂裂紋兩側均無氧化脫碳現象，基體金相組織為正常的回火屈氏體。

3硬度檢測

在該軸箱外圈彈簧斷裂位置附近截取硬度試樣，采用TH320型洛氏硬度計，對彈簧表面和彈簧心部區域分別進行硬度檢測。實測斷裂彈簧的表面硬度48．2、48．4、48．3HRC，心部硬度47．3、47．6、47．2HRC?？梢姡藦椈傻谋砻嬗捕?、彈簧表面硬度與彈簧中心帶的硬度差均符合EN13298：2003標準要求。

4結果分析與討論

檢驗結果表明，斷裂軸箱外圈彈簧的材質、夾雜物含量、原奧氏體晶粒度、硬度檢測結果均符合EN13298：2003標準要求。熱處理淬回火后的顯微組織為正常的回火屈氏體，無氧化脫碳現象，同時彈簧表面也無加工缺陷。因此，可排除彈簧原材料和熱處理因素的影響。從疲勞裂紋源區附近彈簧表面上的未開裂裂紋來看，該裂紋的裂縫內無腐蝕產物，也可以排除因腐蝕產生疲勞斷裂的可能性。

一般來講，由于彈簧的支撐圈和工作圈的過渡部分間距小于工作圈之間的間距，若彈簧制造中彈簧支撐圈部分與工作圈的螺旋角不能完全精確吻合，這將使得彈簧支撐圈和工作圈之間達不到均勻的線接觸，則在工作載荷作用下，使過渡處的局部點接觸區域內產生很大的應力集中，從而在彈簧支撐圈與工作圈的局部點接觸區域產生過高的接觸應力，這將使彈簧表面不僅產生局部材料的塑性變形、磨損，甚至會產生剝離裂紋。

宏觀分析斷裂軸箱外圈彈簧，在支撐圈和工作圈的過渡區域，存在局部點接觸產生的磕痕；微觀分析磕痕區域內的未開裂裂紋，內無腐蝕產物?？梢源_定，該裂紋屬于剝離裂紋。由此可見，在工作狀態下，該軸箱外圈彈簧位于支撐圈與工作圈之間先后產生局部點接觸、剝離裂紋和剝離裂紋末端區域萌生疲勞裂紋，此疲勞裂紋擴展至一定程度后，最終導致此軸箱外圈彈簧發生早期疲勞斷裂。7結論該軸箱外圈彈簧在運行中由于支撐圈與工作圈之間產生局部點接觸，這是其發生早期疲勞斷裂的主要原因。

作者：逯連文 郭莉萍 劉曉琴 單位：長春軌道客車股份有限公司 質量保證部理化檢驗室