構架的母材失效分析

【摘 ?要】軌道車上的構架在運行三年后橫梁的母材被拉裂，裂紋明顯。采用宏觀分析、化學成分分析、金相檢驗、力學性能檢測等方法對裂紋進行了分析。結果表明：母材表面可見一條明顯裂紋，斷口表面可見少量沿晶斷裂形貌，裂紋位置靠近橫梁焊接部位，在熱影響區發生了應力集中，是母材斷裂的主要原因。

【關鍵詞】母材、裂紋、斷口分析;化學分析;金相分析

引言

構架在軌道車上起著非常重要的作用，承受并傳遞載荷及作用力，并使軸重平均分配，傳遞牽引力與制動力，緩沖外力沖擊，確保在規定距離內停車，從而保證車輛的平穩性和安全性，使車輛有良好的直線穩定性和曲線通過能力。及時準確的分析出斷裂原因，避免以后此類情況發生。

1.宏觀分析

對送檢樣品進行觀察，板材中間明顯有一條主裂紋，并有多條次生裂紋。主裂紋貫穿整個壁厚，有些裂紋沒有貫穿壁厚，裂紋內部可見大量氧化物。裂紋內氧化物主要由于裂紋形成后，后期緩慢擴展形成。垂直于裂紋方向對樣品進行切割，可見F部位完好， E部位切開后沿裂紋處斷裂為兩截，斷口氧化發黑，有褐色鐵銹痕跡， 宏觀照片見圖1。

對E部位進行掃描電鏡觀察（圖2），可見其斷口上存在少量的沿晶斷裂形貌，同時存在較多微裂紋及腐蝕形貌，樣品外表面存在大量的微裂紋，微裂紋沿厚度方向，從表面向樣品心部擴展，斷口上觀察到明顯的疲勞斷裂形貌。

母材在發生疲勞斷裂前材料均會發生一定量的塑性變形，通過發生變形來釋放一定水平的應力，長期反復疲勞積聚下達到一定程度后裂紋萌生。當其擴展超過靈界擴展尺寸時，在應力作用下產生顯著的宏觀塑性變形，最后緩慢擴展直至斷裂。

對樣品F部位端面進行宏觀分析，見圖3。可見左側為方管（橫梁）對接焊縫，距離焊縫不遠處有一條貫穿而未滲透壁厚的細長裂紋。

2.金相分析

對樣品進行母材金相組織分析，可見組織為鐵素體+珠光體。樣品由于經過多次焊接熱循環，可見魏氏組織形貌，因其組織粗大而使材料的脆性增加，強度下降，出現組織轉變的不均勻性以及不平衡的結晶凝固引起的物理與化學的不均勻性，在熱影響區發生了應力集中，是母材斷裂的主要原因，再經過交變應力的作用，直至斷裂。金相組織見圖4。

3.化學分析

從母材裂紋處切取一塊樣品，進行化學分析檢測，結果見表1。結果表明：該母材化學成分符合GB/T700-2006《碳素結構鋼》標準中對Q235B的化學成分規定。

4.力學性能分析

4.1硬度檢測

對樣品處理后進行維式硬度檢測，結果表明：該母材平均硬度為128HV10，符合Q235B《碳素結構鋼》標準中對Q235B力學性能的規定。

4.2拉伸試驗

對母材加工后進行拉伸試驗，結果見表2。結果表明：該母材拉伸試驗檢測值均符合GB/T700—2006《碳素結構鋼》標準中Q235B力學性能的規定。

4.3沖擊試驗

對母材加工后進行沖擊試驗，結果見表3。結果表明：此母材沖擊試驗檢測值均符合GB/T700--2006《碳素結構鋼》標準中Q235B力學性能的規定。

5.結果分析

該構架母材化學成分和力學性能均符合GB/T700--2006《碳素結構鋼》標準要求，母材表面可見一條明顯裂紋，斷口表面可見少量沿晶斷裂形貌，裂紋位置靠近橫梁焊接部位，出現組織轉變的不均勻性以及不平衡的結晶凝固引起的物理與化學的不均勻性，在熱影響區發生了應力集中，是母材斷裂的主要原因。

參考文獻

[1]李二勇，王建，張奕梁.地鐵道岔滑床板斷裂失效分析[J]. 理化檢驗（物理分冊）， 2017（8）：595-598

[2]劉豐收，張金。鋼軌母材重傷原因分析。機械工程材料，2018，54（2）：137-140

[3]巴發海，李勇. 鐵水包耳軸斷裂失效分析.理化檢驗（物理分冊），2019，55（3）：184-190

作者簡介：楊秀潔（1979.10-），女，漢，陜西寶雞人，工程師，從事理化檢測研究。