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瀏覽╃↟:- 釋出日期╃↟:2022-11-02 10:51:23【

摘 要:某線路中的60Si2CrA 熱軋彈簧圓鋼Ⅱ型彈條在服役6a多後斷裂·│₪☁•。採用宏觀觀察·✘▩、化 學成分分析·✘▩、硬度測試·✘▩、金相檢驗·✘▩、斷口分析等方法對其斷裂原因進行了分析·│₪☁•。結果表明:彈條表面 的防腐塗層剝落使其長時間暴露在腐蝕介質中,並形成了腐蝕凹坑,腐蝕凹坑降低了彈條疲勞強度 並引起應力集中,裂紋在該處萌生並不斷擴充套件,最終發生腐蝕疲勞斷裂·│₪☁•。 

關鍵詞:Ⅱ型彈條;腐蝕疲勞;腐蝕凹坑;失效分析 

中圖分類號:TG115                                            文獻標誌碼:B                                       文章編號:1001-4012(2022)05-0067-03


隨著我國鐵路過載化·✘▩、高速化發展以及行車密 度日益增加,鐵路扣件系統面臨著更加複雜的工況, 對其相關零部件也提出了更高的效能要求[1]·│₪☁•。彈條 是鐵路扣件系統中限制鋼軌縱向位移·✘▩、橫向位移,連 接鋼軌與軌枕的關鍵零部件,其利用自身彈性變形 儲存的能量來緩解鋼軌整體受到的機械振動和衝擊 作用,在服役過程中往往承受較為複雜的彎曲-扭轉 交變應力,有時還受到突然的衝擊載荷作用·│₪☁•。近年 來,彈條失效問題日益突出[2-5],某線路上一個Ⅱ型 彈 條 扣 件 在 服 役 過 程 中 斷 裂,彈 條 的 材 料 為 60Si2CrA 熱軋彈簧圓鋼,服役時間為6a多·│₪☁•。為分 析該彈條斷裂的原因,筆者對其進行了一系列的相 關理化檢驗·│₪☁•。 

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察

圖1 斷裂彈條宏觀形貌 對斷裂彈條的宏觀形貌進行觀察,斷裂位置為 側肢中後部(見圖1)·│₪☁•。彈條表面防腐塗層已基本剝 落,表面鏽蝕嚴重,可見大量點蝕坑,已形成麻面,未 見裂紋及區域性擦傷痕跡·│₪☁•。斷口整體較為平坦(見圖 2),周圍無宏觀塑性變形痕跡,裂紋源位於彈條側肢 中後部下方,覆蓋有大量深黃色腐蝕產物,輻射出放射狀條紋;擴充套件區可見清晰的貝紋線,為典型疲勞斷 裂特徵,腐蝕產物沿貝紋線富集;瞬斷區位於斷口最 邊緣位置,所佔面積較小,呈剪下唇形態·│₪☁•。彈條的斷 裂形式初步判斷為腐蝕疲勞·│₪☁•。

1.2 化學成分分析 

在裂紋源附近取樣進行化學成分分析,結果如 表1所示,化學成分滿足 GB/T1222—2016 《彈簧 鋼》對60Si2Cr鋼的要求·│₪☁•。

1.3 硬度測試 

對彈條進行洛氏硬度測試(C 標尺),測試結果 為 43.5HRC,44.0HRC和43.0HRC,滿足TB/T 3065.2—2002《彈條Ⅱ型扣件 第二部分:彈條》對 彈條硬度的要求(42~47HRC)·│₪☁•。

1.4 金相檢驗 

在裂紋源附近沿軸向取樣進行金相檢驗,其結 果如圖3所示,依據 GB/T10561—2005《鋼中非金 屬夾雜物含量的測定 標準評級圖顯微檢驗法》中的 A 法進行非金屬夾雜物評級,檢測結果為 A0,B0, C0,D0.5,DS0 級,符 合 GB/T1222—2016 《彈 簧 鋼》對非金屬夾雜物的要求·│₪☁•。裂紋源附近的顯微組 織為回火索氏體,脫碳層深度約為0.075mm,符合 標準 TB/T3065.2—2002對彈條顯微組織及脫碳 層深度的要求·│₪☁•。在裂紋源附近發現大量的點蝕坑, 說明彈條外表面的腐蝕較為嚴重·│₪☁•。 

1.5 斷口分析 

將斷口用酒精超聲清洗後烘乾,利用掃描電鏡觀 察斷口形貌✘╃·₪。在裂紋源區可見蘑菇狀腐蝕產物[見圖 4a)],擴充套件區可見疲勞輝紋[見圖4b)]✘╃·₪。在酒精中加入 少量鹽酸,再次超聲清洗後進行掃描電鏡觀察,裂紋源 處可見一處深度約為0.13mm的凹坑[見圖4c)],凹坑 處有泥狀花樣腐蝕產物附著[見圖4d)],對腐蝕產物進 行能譜分析(見圖5),結果如表2所示,可知腐蝕產物 主要含有氧◕││☁╃、鐵元素,為鐵的氧化產物Fe2O3✘╃·₪。