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《工程與試驗雜志》2014年第四期

1材質(zhì)分析

在斷裂軸箱外圈彈簧上截取材質(zhì)化學(xué)成分，分析試樣，采用德國SPECTROM8直讀光譜儀進(jìn)行材質(zhì)分析的結(jié)果見表1。可見，該軸箱外圈彈簧的材質(zhì)符合EN10089：2002標(biāo)準(zhǔn)中51CrV4彈簧鋼要求。

2金相檢測

根據(jù)《鋼中非金屬夾雜物含量的測定－標(biāo)準(zhǔn)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(xué)金相顯微鏡觀察并進(jìn)行夾雜物等級的評定，評級結(jié)果見表2。按照EN13298：2003標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)彈簧棒料直徑在17mm～35mm范圍時，K3≤40。可見，夾雜物的檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)《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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(qū)的未開裂裂紋處截取斷口金相試樣，采用NEOPHOT－32光學(xué)金相顯微鏡進(jìn)行金相檢測。試樣拋光后檢查，裂紋源區(qū)的彈簧表面既無材料冶金缺陷，也無機(jī)加工產(chǎn)生的表面缺陷，但在裂紋源區(qū)附近的彈簧表面上的局部磕痕區(qū)域內(nèi)，有長度約0．85mm的未開裂裂紋。該裂紋的裂縫內(nèi)無腐蝕產(chǎn)物，其裂紋起始端的裂縫較寬，尾端較細(xì)，顯示該裂紋有擴(kuò)展跡象，見圖5。試樣浸蝕后在金相顯微鏡下檢查，裂紋源區(qū)彈簧表面及未開裂裂紋兩側(cè)均無氧化脫碳現(xiàn)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(qū)域分別進(jìn)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。可見，此彈簧的表面硬度、彈簧表面硬度與彈簧中心帶的硬度差均符合EN13298：2003標(biāo)準(zhǔn)要求。

4結(jié)果分析與討論

檢驗結(jié)果表明，斷裂軸箱外圈彈簧的材質(zhì)、夾雜物含量、原奧氏體晶粒度、硬度檢測結(jié)果均符合EN13298：2003標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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(qū)附近彈簧表面上的未開裂裂紋來看，該裂紋的裂縫內(nèi)無腐蝕產(chǎn)物，也可以排除因腐蝕產(chǎn)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(dá)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(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，從而在彈簧支撐圈與工作圈的局部點接觸區(qū)域產(chǎn)生過高的接觸應(yīng)力，這將使彈簧表面不僅產(chǎn)生局部材料的塑性變形、磨損，甚至?xí)a(chǎn)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(qū)域，存在局部點接觸產(chǎn)生的磕痕；微觀分析磕痕區(qū)域內(nèi)的未開裂裂紋，內(nèi)無腐蝕產(chǎn)物。可以確定，該裂紋屬于剝離裂紋。由此可見，在工作狀態(tài)下，該軸箱外圈彈簧位于支撐圈與工作圈之間先后產(chǎn)生局部點接觸、剝離裂紋和剝離裂紋末端區(qū)域萌生疲勞裂紋，此疲勞裂紋擴(kuò)展至一定程度后，最終導(dǎo)致此軸箱外圈彈簧發(fā)生早期疲勞斷裂。7結(jié)論該軸箱外圈彈簧在運行中由于支撐圈與工作圈之間產(chǎn)生局部點接觸，這是其發(fā)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(zhì)量保證部理化檢驗室