折頁折彎裂紋原因分析及控制措施

姚凌云 王明輝 楊天志 郭文亮 陳漢昌 劉聞忠

【摘 要】 針對某鐵路貨車折頁折彎裂紋原因進(jìn)行了調(diào)查，從材料化學(xué)成分、力學(xué)性能、微觀金相分析、制造工藝等方面分析裂紋產(chǎn)生的原因，并針對產(chǎn)生裂紋的原因提出控制措施。

【關(guān)鍵詞】 裂紋 材質(zhì) 折彎工藝 控制措施

一、裂紋情況概述

某公司鐵路貨車門折頁出現(xiàn)批量裂紋質(zhì)量問題，該折頁采用牌號為Q235A規(guī)格16mmX60mm的熱軋扁鋼折彎而成，裂紋主要出現(xiàn)在折彎處的受拉面，偶見雙面裂紋，裂紋位置見圖1，裂紋外觀見圖2。

二、檢測方法及項點

依據(jù)GB/T 20066-2006及GB/T 2975-1998相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，取樣進(jìn)行化學(xué)成分和力學(xué)性能檢測，采用PDA-5500S真空直讀光譜分析儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，采用ETM305D微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行拉伸試驗，采用HBT165B彎曲試驗機(jī)進(jìn)行彎曲試驗，采用MR5000倒置進(jìn)行顯微鏡進(jìn)行微觀進(jìn)行分析。

三、結(jié)果分析

3.1 化學(xué)成分

檢測結(jié)果可知，該批次材料碳含量為0.27%，根據(jù)GB/T 222《鋼的成品化學(xué)成分允許偏差》進(jìn)行修正，最終含碳量檢測值最低為0.25%，實際碳含量超標(biāo)0.03%。

3.2 力學(xué)性能

檢測結(jié)果可知，該批次材料抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值為370MPa-500MPa，伸長率規(guī)定值26%，兩件試樣實測值分別為554MPa和558MPa，伸長率實測值24%，均超限。從檢測結(jié)果分析，抗拉強(qiáng)度偏高，伸長率偏低，反映出材料本身塑性較差，脆性較大，具有一定的裂紋傾向。

3.3 金相分析

從該批材料取樣進(jìn)行金屬夾雜物和微觀金相分析，可以看出鋼的金相組織中，珠光體的體積分量較大，并且存在偽珠光體，超出Q235A鋼正常顯微組織范圍。該批次鋼材中含有較多的非金屬夾雜物，特別是含有大量的C類夾雜物（硅酸鹽類），硅酸鹽的存在破壞了鋼基體的連續(xù)性并導(dǎo)致了應(yīng)力集中，從而降低了鋼的塑性、韌性和抗疲勞性。

3.4 制造工藝分析

通過對制造工藝進(jìn)行追溯，發(fā)現(xiàn)制造的主要工藝為扁鋼中頻感應(yīng)加熱，模具煨彎。制造過程見圖3。

加熱長度為165mm處，僅僅銷孔部位呈紅色，折彎部位（裂紋處）為黑色，明顯呈現(xiàn)出冷彎工藝特有的金屬亮色壓痕。加熱長度只達(dá)到銷孔處，折彎處未加熱，為冷彎工藝。又由于中頻感應(yīng)加熱速度較快，冷熱過渡區(qū)溫度梯度較大，熱量傳導(dǎo)到折彎處時，溫度正好處于200℃-300℃的碳鋼藍(lán)脆溫度區(qū)間，裂紋周圍呈現(xiàn)出的藍(lán)色，是典型的藍(lán)脆表象。且折彎模具圖紙和折彎模具均顯示折彎處為直線過渡，沒有過渡圓角。

3.5 綜合分析

因折彎處未加熱，采取冷彎工藝，并且折彎區(qū)域處于藍(lán)脆溫度區(qū)間，扁鋼的脆性增加，塑性降低，折彎模具又無過渡圓角，使扁鋼外層金屬的伸長變形超過允許的界限，導(dǎo)致彎曲受拉面產(chǎn)生裂紋。材料本身碳含量、抗拉強(qiáng)度超限，非金屬夾雜物過多，進(jìn)一步增大了斷裂的可能性。

綜上所述，不合理的冷彎工藝是產(chǎn)生裂紋的主要原因，原材料碳含量、抗拉強(qiáng)度、伸長率超限是產(chǎn)生裂紋的次要原因。

四、控制措施

為避免裂紋的再次發(fā)生，制定如下控制措施：

1 鑒于成形加工需要，原材料采用碳含量不高于0.16%的鎮(zhèn)靜鋼。

2 加強(qiáng)工件加熱過程的控制，采用步進(jìn)式中頻加熱裝置，并改進(jìn)測溫方法，采用測溫儀測溫。

3 改進(jìn)折彎模具，在產(chǎn)品圖樣允許的范圍內(nèi)，盡可能增大折彎半徑。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 顧崇銜.機(jī)械制造工藝學(xué)[M]西安：陜西科技出版社，1981.

[2] 楊可楨.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京.高等教育出版社，1996.

[3] 梁戈，時惠英.機(jī)械工程材料與熱加工工藝[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：姚凌云（1982-09），男，工程師，從事鐵路貨車制造工藝工作。