鐵路貨車管吊座折彎裂紋產生原因淺析

王亮

摘 要：管吊座為鐵路貨車底架附屬件重要組成零件，其作用是風制動系統主管、支管、制動管的連接橋梁，因此管吊座產品質量將直接影響整車制動系統的性能和外觀。針對管吊座折彎過程中產生的裂紋問題進行分析，找出主要影響因素，制定預防措施，達到改善管吊座產品質量和避免浪費的目的。

關鍵詞：管吊座;性能;裂紋;預防措施

圖1為典型管吊座簡圖，其材質為Q235-A。具體工藝流程為：鋼板開平、裁料→鋼板拋丸、預處理→剪切→沖圓角、沖長條孔→折彎→入庫。折彎過程中，折彎線方向產生裂紋。

Q235-A材質韌性和塑性較好，有一定的伸長率，被鐵路行業廣泛應用到底架附屬件等非主要受力焊接結構件中。但由于Q235-A中碳、硫、磷等元素含量的不穩定、剪切方式的改變及室內作業溫度等因素的影響，導致管吊座在折彎過程中沿著折彎線方向出現裂紋，造成批量零件的報廢，給車間帶來較嚴重的損失。隨著鐵路貨車市場需求量的增多，該類板材成型件也隨之增多，解決折彎時出現裂紋問題就非常重要。

1 要因分析

1.1 金屬塑性和韌性差

在煉鋼過程中，硫、磷等有害元素隨著礦石和燃料進入鋼材中，影響鋼材的性能。一般來講，磷在鋼材中能全部溶于鐵素體中，提高鐵素體的強度和硬度，但在室溫下卻使鋼材的塑性和韌性急劇下降。同時，鋼材中金屬夾雜物，如氧化物、氮化物等都會降低鋼材的力學性能，特別是降低塑性和韌性。塑性和韌性較低的鋼材在折彎過程中會產生裂紋甚至脆斷。

1.2 斷裂帶位于彎曲面外側

為了提高材料利用率，零件采用剪板機套切方式下料，折彎曲面外側存在剪切斷裂帶。零件在彎矩作用下，外層產生切向拉伸應變，彎曲角處斷裂帶的微裂紋將受到外側拉應力拉伸，引起應力集中，拉伸應力超過材料強度極限而產生裂紋。

1.3 折彎方向與彎曲線平行

經過輾過的板材，其金屬晶粒沿輾制方向而伸長，形成與軋制方向同向的晶粒纖維方向，導致板材的各向異性。當折彎線與纖維方向平行時，由于晶粒纖維間的結合強度較弱，彎曲件外側易形成裂紋，如圖2。

1.4 鋼材溫度低

黑龍江冬季平均溫度在-20℃左右，零件在轉序過程中，直接與冷空氣接觸，導致零件處于低溫狀態。Q235-A鋼材在低溫下，其脆性增大，塑性降低，因此當零件受到折壓上模沖擊時，極易發生脆斷現象。

1.5 胎模結構影響

折彎過程中，外層纖維受到拉伸使厚度減薄，但由于凹模圓角半徑過小且長時間使用導致圓角處光潔度不夠而造成阻力大，引起材料流動困難，被減薄部位不能及時補料，造成折彎時產生裂紋。

2 預防措施

（1）與鋼材供應方明確化學成分及各元素含量標準，入廠前對鋼材取樣進行化學分析，并對鋼材進行彎曲試驗，保證鋼材的力學性能能夠滿足生產要求。

（2）剪板機套切下料時，注意識別鋼板軋制方向，保證折彎時方向與纖維方向垂直，這樣可以有效的避免折彎裂紋的產生。

（3）轉序完成后，不要立即對溫度較低零件進行折彎，在室內進行充分緩霜升溫后進行折彎。

3 改進及補救措施

如果以上措施仍然不能避免在折彎時出現裂紋，應改進工藝方法和采取補救措施，防止出現批量廢品，造成損失。

3.1 退火

對已下料的板材進行退火，可以消除板材內應力，細化鋼材組織，提高鋼材塑性和韌性。Q235-A一般采取高溫退火，退火溫度為700℃～720℃，時間60 min，在爐內冷卻。

3.2 優化胎模結構

折彎凹模圓角半徑過小，材料流動阻力增大，補料困難，容易產生裂紋。凹模圓角半徑過大，影響零件定位的準確性。在生產中，凹模圓角半徑一般取決于材料的厚度，即：

管吊座t=5 mm，因此將凹模圓角半徑優化為=10 mm，為了減小零件與凹模接觸處摩擦力，需要設計帶滾動圓滾的凹模。如圖3所示，彎曲過程中，零件與凹模接觸點為A，材料流動時，接觸部位的摩擦由滾動摩擦代替了滑動摩擦，大大減小了摩擦力，可以有效避免折彎裂紋的產生。

3.3 打磨斷裂帶

打磨剪切斷裂帶，可以消除剪切微裂紋及毛刺，避免折彎時材料外層受到拉應力產生應力集中，使斷面的應力超過材料強度極限而產生裂紋。

3.4 加大彎曲半徑

彎曲過程中，彎曲半徑越小，拉應力越大，當彎曲半徑小到一定程度時，彎曲件的外表面將超過材料的最大許可變形程度而出現裂紋，形成廢品。一般情況下，可采取加大彎曲半徑的方法，降低折彎對材料塑性和韌性的要求，避免折彎裂紋的產生。管吊座焊接時，與其他零件無配合，因此已下料的管吊座可加大彎曲半徑進行折彎。

4 結語

通過對Q235-A材質管吊座折彎裂紋的要因進行分析，結合金屬材料力學性能的分析和材料彎曲過程的研究，制定出預防管吊座及類似零件彎曲開裂的預防及改進措施。經過一段時間運用跟蹤，基本解決了管吊座折彎開裂的質量問題，為車間及公司降本增效作出了貢獻。