洛帝牢防松墊片失效問題分析①

姜永波

(中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東青島 266111)

1 研究背景

洛帝牢防松墊片結(jié)構(gòu)簡單，對連接件要求不高，安裝便利，穩(wěn)定性較好，被大量運用在軌道列車上。但在長期運營過程中發(fā)現(xiàn)個別洛帝牢防松墊片出現(xiàn)細微徑向開裂，給車輛運營帶來風(fēng)險。本文通過斷口截面、金相、機械性能、化學(xué)成分多方面討論分析帝牢防松墊片徑向開裂原因。

2 徑向開裂狀態(tài)分析

洛帝牢防松墊片，墊片呈錐形，組合墊片一薄一厚，材質(zhì)為42CrMo4，表面達克羅處理，安裝扭矩為350N·m。開裂墊片均發(fā)生在較厚的墊片上，開裂沿徑向分布，一枚墊片上可見多處開裂痕跡，并且開裂處沿圓周基本均勻分布，大部分沿齒槽根部開裂，如圖1所示。

3 開裂原因分析

3.1 斷口分析

選取開裂樣品打開斷口后進行微觀分析，可見整個斷面均為冰糖狀沿晶形貌，并伴有晶間二次裂紋，局部可見韌窩形貌，如圖2所示。

表1 硬度檢測結(jié)果

3.2 金相檢驗

對開裂墊圈取樣進行金相分析，較厚的標(biāo)記為a，較薄的標(biāo)記為b。可見其中較厚的墊圈組織均為均勻的回火屈氏體，較薄的墊圈組織存在細小彌散的顆粒狀碳化物，可見較薄的墊圈硬度回火溫度相對較高，如圖3所示。對斷口附近檢查金相組織，沿主裂紋可見分支裂紋，未見明顯缺陷及組織變形痕跡。

3.3 硬度檢測

對開裂墊圈進行硬度檢測，結(jié)果如表1所示，可見較厚的墊圈硬度均比較薄的墊圈高。

3.4 化學(xué)成分分析

采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP)對對斷裂墊圈（厚）和完好墊圈（厚、薄）進行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2所示。可見完好件（薄）的Mn含量略微低于標(biāo)準(zhǔn)要求的下限，其余元素含量均符合“DIN EN 10083-2007淬回火鋼”中對42CrMo4的要求，但厚墊圈和薄墊圈Si含量存在較大的差異。

表2 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果（%）

圖2 斷面典型微觀形貌

圖3 開裂墊圈金相組織

對斷裂件和完好件中較厚的墊圈采用惰性氣體熔融熱導(dǎo)法測定氫含量分別為2.3ppm、1.5ppm。

4 結(jié)語

墊圈開裂斷口附近未見宏觀塑性變形，微觀呈現(xiàn)沿晶特征，并伴有晶間二次裂紋，由此可判斷該墊圈為脆性延遲斷裂。影響零件脆性延遲斷裂的因素主要有：含氫量、顯微組織、強度、硬度及所受應(yīng)力等。通過本文分析，認為墊圈可能存在硬度較高氫脆斷裂的可能。氫含量測定結(jié)果表明，斷裂墊圈氫含量為2.3ppm，未使用墊圈氫含量為1.5ppm；硬度測試結(jié)果表明厚墊圈硬度約520HV，存在較高的硬度，且在服役過程中，該錐形墊圈開裂面承受張應(yīng)力作用，具有較高的氫脆敏感性。