EA4T電力機(jī)車車軸斷裂分析及熱加工工藝參數(shù)研究.pdf

1、南車集團(tuán)某公司生產(chǎn)的一根EA4T機(jī)車車軸在半精加工過程中發(fā)生斷裂，本文應(yīng)用各種分析手段對(duì)其斷裂原因進(jìn)行了分析。
　　 車軸宏觀斷面分析表明：斷口面與軸向垂直，整個(gè)斷口面沒有縮頸，屬在軸向正應(yīng)力作用下的脆性正斷。宏觀斷口形貌呈三種形式，斷口中心表面粗造不平，具有從中心發(fā)出的放射狀線條；斷口近表層呈灰色纖維狀；斷口最外層表面較為平整，可見結(jié)晶狀的金屬顆粒和放射狀線條。由斷口宏觀形貌可以推斷，車軸不是一次斷裂的，而是經(jīng)過至少兩次的開裂

2、過程。斷裂是從斷口中心開始的，裂紋萌生后快速擴(kuò)展至近表層，并停止擴(kuò)展，最外層為最后斷裂區(qū)。
　　 車軸低倍組織分析表明：除了存在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的中心疏松外，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，低倍組織正常。對(duì)斷口面不同部位的氣體含量分析表明，鋼中的氫含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，個(gè)別氧含量稍高于標(biāo)準(zhǔn)，氮含量維持在較低的范圍內(nèi)，斷口面的氣體分布均勻，無明顯的偏析。斷口面不同部位成分分析表明，鋼中除局部區(qū)域存在鋁含量稍高外，其它元素的含量基本在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。上述分

3、析表明，車軸中無明顯的冶金缺陷，可以排除初始裂紋形成于冶金缺陷的可能性。
　　 斷口的掃描電鏡分析表明：斷口最外層的微觀形貌大部分為準(zhǔn)解理，局部區(qū)域出現(xiàn)了以解理面和河流花樣為主的解理斷裂形貌。近表層的微觀形貌以等軸韌窩為主。在中心區(qū)域發(fā)現(xiàn)了大量變異的解理面，這種解理面已經(jīng)發(fā)生了鈍化，有輕微的氧化特征，其上已不存在解理臺(tái)階與河流花樣，并形成了新的晶界。為了確定中心裂紋是在那一階段形成的，對(duì)最外層試樣分別在淬火溫度和回火溫度保溫兩小

4、時(shí)，觀察試樣的解理面發(fā)生變化與否。結(jié)果表明，在回火溫度下解理面不會(huì)發(fā)生變異，在淬火溫度下解理面發(fā)生變異。從而可以推斷，斷口中心的初始裂紋不是在淬火過程中形成的。用排除法可以確定，初始裂紋形成于鍛造階段。
　　 斷口面上夾雜物的掃描電鏡分析、能譜分析及其金相分析表明：在斷口面上分布有大量的夾雜物，部分夾雜物呈聚集分布。夾雜物的主要成分為：S、Ca、Mg、Al和Ti。對(duì)夾雜物進(jìn)行評(píng)級(jí)表明，夾雜物的級(jí)別超過了標(biāo)準(zhǔn)。因此，鋼中的非金屬夾

5、雜物對(duì)初始裂紋的形成起到了促進(jìn)作用。
　　 為了進(jìn)一步優(yōu)化車軸的熱加工工藝，防止類似事故的重復(fù)發(fā)生，對(duì)車軸的熱加工工藝參數(shù)進(jìn)行了研究。應(yīng)用熱膨脹分析法測(cè)得了EA4T的臨界淬火溫度；試驗(yàn)測(cè)定了EA4T鋼的奧氏體粗化曲線，并對(duì)不同溫度淬火加650℃回火后試樣的金相組織進(jìn)行了研究，提供了優(yōu)化的熱處理工藝；通過高溫拉伸試驗(yàn)，獲得了EA4T鋼的熱塑性和熱變形抗力隨溫度變化的規(guī)律。并對(duì)各溫度下拉伸試樣的金相組織進(jìn)行了分析，提供了優(yōu)化的鍛造工