鐵路車輛鉤舌故障分析

朱成九，朱愛華

（華東交通大學1.土木建筑學院；2.機電工程學院，江西南昌 330013）

鐵路車輛鉤舌故障分析

朱成九1，朱愛華2

（華東交通大學1.土木建筑學院；2.機電工程學院，江西南昌 330013）

通過對某鐵路車輛故障鉤舌進行斷口分析、鉤舌鋼中非金屬夾雜物檢測、補焊處金相組織檢測、斷面金相組織檢測、鉤舌基體組織檢測以及鉤舌基體硬度檢測，結果表明：鉤舌原始組織中非金屬夾雜物晶粒粗大，熱處理不良，補焊后存在微裂紋，抗裂紋能力較差是導致鉤舌發生斷裂的原因。

鉤舌；檢測；故障

1 鉤舌斷裂

某廠大修出廠的鐵路車輛鉤舌在運用中發生斷裂事故，斷裂的鉤舌實物如圖1所示。為分析鉤舌斷裂的原因，對該鉤舌進行了斷口分析、鉤舌鋼中非金屬夾雜物檢測、補焊處金相組織檢測、斷面金相組織檢測、鉤舌基體組織檢測以及鉤舌基體硬度檢測。

2 鉤舌斷口檢測分析

2.1 鉤舌斷口分析

鉤舌斷裂后的斷面照片如圖2和圖3所示，圖3為圖2中A處的局部圖。從圖2中可以看出斷面可分為明顯的兩部分，上部顏色較深，呈月牙狀，其他部分顏色較亮，為最后瞬時斷裂的新鮮斷口。

在月牙狀的老斷口區域，經仔細觀察，該區域又可分為兩個部分，圖3上部分有較明顯的銹跡，說明該部分為最早開裂，并且裂紋在該部分擴展花費了較長的時間，下部分為暗色區域，這部分灰色區域較潔凈，說明裂紋在該區域擴展的時間不長［1-4］。

圖1 發生斷裂的鉤舌Fig.1 Coupler knuckle after fracture

圖2 鉤舌的斷口形貌Fig.2 Fracture surface of the coupler knuckle

2.2 鋼中非金屬夾雜物檢測

斷裂鉤舌經線切割取樣，取樣位置在鉤舌中間裂紋最先起源處。試樣經磨拋后觀察，其Ⅰ、Ⅲ型非金屬夾雜物為粗大3級。如圖4所示。

圖3 鉤舌A處的局部斷口形貌Fig.3 Local fracture surface of coupler knuckle A

圖4 鋼中的非金屬夾雜物（×100）未浸蝕Fig.4 Non-metallic inclusions(×100)in steel no etching

2.3 焊縫處金相組織檢測

裂紋源表面有焊縫組織存在，如圖5所示。焊縫表面還發現有微裂紋沿焊縫表面向基體延伸，如圖6所示。

圖5 焊接組織（×50）4%硝酸酒精浸蝕Fig.5 Welding structure(×50),4%nital etching

圖6 焊縫表面的缺陷組織（×200）4%硝酸酒精浸蝕Fig.6 Defective structure of welding surface(×200),4%nital etching

2.4 斷面金相組織檢測

斷面的金相組織為：塊狀、針狀鐵素體+珠光體，如圖7所示。

圖7 斷裂邊緣組織（×100）4%硝酸酒精浸蝕Fig.7 Fracture edge structure(×100),4%nital etching

圖8 中間基體組織（×100）4%硝酸酒精浸蝕Fig.8 Matrix middle structure(×100),4%nital etching

2.5 鉤舌基體組織檢測

在鉤舌中間取樣，其基體組織為沿原奧氏體晶界分布的塊狀鐵素體+晶內塊狀和針狀鐵素體+珠光體，如圖8所示。在鉤舌邊緣取樣，其組織為沿奧氏體+塊狀鐵素體+珠光體，如圖9所示。鉤舌中間背部組織為沿奧氏體晶界大塊狀的鐵素體+晶內針狀、塊狀鐵素體+珠光體，如圖10所示。

圖9 邊緣基體組織（×100）4%硝酸酒精浸蝕Fig.9 Matrix edge structure(×100),4%nital etching

圖10 中間背部基體組織（×100）4%硝酸酒精浸蝕Fig.10 Matrix middle-back structure(×100),4%nital etching

2.6 鉤舌硬度檢測

經檢測焊接組織硬度為170HV10，鉤舌基體組織硬度為206HV1.0。

3 分析結論

根據上述分析，對鉤舌的失效做出如下結論：

1）從圖3所示斷口分析可知，鉤舌斷裂可分為3個不同的階段：在A1所示的區域，該區域較小，裂紋在該區域擴展的時間最長；A2所示裂紋擴展時間較短；A3所示的區域為最后一次性瞬時斷裂區。

2）鉤舌補焊表面，發現有微裂紋存在。

3）鉤舌的基體組織為近似鑄態的組織，說明鉤舌的原始組織熱處理不良。

4）鉤舌補焊后有微裂紋存在，加之鉤舌本身材質不良，抗裂紋擴展的能力較差，是鉤舌發生斷裂的主要原因［5-8］。

［1］崔忠圻，覃耀春.金屬學與熱處理［M］.北京：機械工業出版社，2007：8.

［2］劉勝新.焊接工程質量評定方法及檢測技術［M］.北京：機械工業出版社，2009：6.

［3］桂立豐，唐汝鈞.機械工程材料測試手冊（物理金相卷）［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1999：260-263.

［4］王巧云，白俊蘭.42CrMo鋼減速器齒軸斷裂分析及組織調控［J］.熱加工工藝，2010，39（16）：179-181.

［5］張永剛，李峰，孫艷.Cr12的熱處理以及金相組織分析［J］.一重技術，2008（4）：50-51.

［6］馬躍新，鄧芬燕，嚴雄杰.熱處理工藝對Cr12鋼組織和性能的影響［J］.模具工業，2009，35（3）：71-74.

［7］李宏.鋼中非金屬夾雜物存在狀態的不確定性與檢測［J］.冶金分析，2008，28（9）：1-6.

［8］朱成九，陳夢成，余會琴.無限大彈性體中三維片狀裂紋問題的研究［J］.華東交通大學學報，2005，82（5）：24-26.

FailureAnalysis on Coupler Knuckle of Railway Vehicle

Zhu Chenjiu1，ZhuAihua2
（1.School of Civil Engineering and Architecture；2.School of Mechanical and Electronic Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China）

Aiming at the fault coupler knuckle of a railway vehicle，the paper conducts a fracture analysis，and makes some detection including coarse grains of nonmetallic impurities in the original structure of the coupler knuckles，metallographic structure of the repaired welds and cross section，matrix structure and hardness of the coupler knuckles.The results show that coarse grains of nonmetallic impurities in the original structure of the coupler knuckles are so large without good treatment；and that tiny cracks exist even after welding，with unsatisfying ability to resist cracks，which is the main reason of cracks.

coupler knuckle；detection；failure

中文分類號：U270.34

A

1005-0523（2012）03-0080-03

2012-04-16

朱成九（1960－），男，教授，研究方向為應力力學。