時速350 km動車組用車軸超探缺陷原因分析

李明澤

（太原重工軌道交通設備有限公司， 山西 太原 030006）

某公司生產的時速350 km動車組用車軸，主要生產工序為軸坯→鍛造成型→熱處理→機加工→成品檢驗等工序，成品探傷檢查時，同批爐號75根車軸中發現有17根車軸軸身存在超標缺陷。缺陷特征：所有缺陷均位于車軸中心區域；大多數車軸的缺陷為Φ2～Φ3 mm平底孔當量單個缺陷。為確定車軸軸身超探缺陷性質及產生原因，選取某軸號車軸進行解剖試驗分析。

1 試驗分析

1.1 現場宏觀分析

對所選車軸再次超聲波探傷檢測，結果顯示：車軸軸身中心區域存在多個Φ2～Φ3 mm平底孔當量單個缺陷。選取Φ3 mm平底孔當量缺陷的軸身中心區域，進行車軸解剖，取橫向、縱向低倍試樣2片，高倍試樣1塊。

1.2 低倍試驗分析

1）低倍酸浸試驗，結果見表1。

表1 低倍酸浸試驗結果

試驗結果表明，鍛件致密度、均勻性合格，但橫向試片中心區域發現有6個深色針孔，尺寸很小，最大的尚不足1 mm；縱向試片發現有18條長度不等的小裂紋，平行軸向分布，最長的達6 mm；見圖1所示。

1.3 微觀組織分析

圖1 低倍酸浸試驗

Φ3 mm平底孔當量缺陷的長方形塊狀試樣，采取逐層磨削的方法，最終磨削出缺陷為肉眼可見長條形小裂紋，軸向分布長約6～7 mm。試樣拋光后觀察，試面上有一條超大尺寸粗大夾雜，為單個不變形+長條形變形+長鏈狀等形態，由多個滿視場組成超尺寸夾雜。顯微鏡下測量：夾雜長5.1 mm，最寬處0.31 mm。夾雜部分區域與基體有縫隙，如此粗大的夾雜可稱為宏觀夾雜，也已經形成為夾雜裂紋。試樣經4%硝酸酒精溶液浸蝕后，夾雜旁組織無變化。基體組織為回火索氏體+回火貝氏體，呈帶狀分布；晶粒度7.5級，見下頁圖2。

1.4 掃描電鏡微區分析

夾雜由單個不變形+長鏈狀+長條狀組成，其中單個夾雜和粗大條狀夾雜多處與基體存在縫隙和裂縫，粗大夾雜由不同顏色、不同形態夾雜匯集組成，見下頁圖3。

圖2 夾雜物

圖3 SEM

能譜微區分析可知，長條形粗大夾雜主要含有：AlO、MgO、CaO、FeO復合型氧化類夾雜，單顆粒大夾雜主要含有：AlO、MgO、CaO、FeO 復合型氧化類夾雜，部分區域為AlO、CaO、FeO復合型氧化類夾雜；具體數據見圖4。

2 討論與分析

1）車軸鍛件致密度、均勻性合格。在縱向試片上發現有18條長度不等的小裂紋，最長的達6 mm；車軸軸身超探檢測Φ3 mm平底孔當量缺陷截取的試樣，逐層磨削最終發現缺陷為宏觀可見長條形小裂紋，軸向分布長約6～7 mm。缺陷顯微試驗分析和掃描電鏡微區分析結果表明，缺陷是多條超大尺寸粗大夾雜。夾雜由超大單顆粒+長鏈狀+長條狀等形狀夾雜組成，主要含有：AlO、MgO、CaO、FeO復合型氧化類夾雜。

圖4 夾雜物譜圖

2）產生超大尺寸夾雜的原因通常是鋼材原材料在冶煉和鑄錠過程中，鋼液不斷和爐床、鋼包接觸，被浸蝕掉的耐火材料碎粒以及耐火材料的反應產物、小顆粒爐渣和鋼液的氧化物等混入形成的所謂外來夾雜物。通常是由于此爐鋼材在冶煉尤其是鋼包精煉和鑄錠過程中設備狀況不佳或操作不當，造成鋼中存在這種數量縱多、尺寸超大、含有AlO、MgO、CaO等復合型氧化類夾雜。這種超大氧化類夾雜在鍛造和熱處理過程中產生危害性，在鋼錠鍛壓加工過程中，對于不變形或難于變形的的夾雜物尤其是氧化鋁類夾雜，往往容易在夾雜物與基體金屬之間產生空隙，在熱處理過程中，鍛件加熱和冷卻時，由于夾雜物與基體金屬熱膨脹特性不同，兩者之間將產生很大的熱應力，可使鍛件內產生微小裂紋，直接影響使用性能。必須從源頭予以控制并盡量除去。

3 結語

車軸軸身超探缺陷為超大尺寸復合氧化類夾雜物。超大尺寸夾雜系原材料冶煉過程中設備不佳或操作不當造成。