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某動(dòng)車組高度閥支架裂紋分析【案例分享】

案例分享:某動(dòng)車組高度閥支架裂紋分析 

某動(dòng)車組在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)某車3軸側(cè)高度閥支架有開裂裂紋,當(dāng)前運(yùn)行公里數(shù)為3650504km,高級修后運(yùn)行公里數(shù)為697447km;此支架的材質(zhì)為06Cr19Ni10,板材厚度10mm,執(zhí)行GB/T 4237標(biāo)準(zhǔn)。


1. 宏觀及斷口檢查
(1)現(xiàn)場取回高度閥支架的實(shí)物平面、側(cè)面形貌如圖1所示,實(shí)測支架兩端平行部分的高度尺寸比圖樣設(shè)計(jì)規(guī)定的尺寸小約5mm。

圖1  高度閥支架平面宏觀形貌


(2)支架上開裂的裂紋源是起始于其靠近雙螺栓孔側(cè)的內(nèi)彎曲表面上,如圖2所示。

圖2  高度閥支架開裂裂紋的表面形貌


(3)高度閥支架裂紋打開,斷口呈多源疲勞斷口特征,如圖3所示。

圖3  原始斷口表面形貌


(4)實(shí)測高度閥支架板厚度10mm,符合設(shè)計(jì)圖樣要求。


2. 材質(zhì)分析
高度閥支架的材質(zhì)結(jié)果符合GB/T4237標(biāo)準(zhǔn)中06Cr19Ni10牌號不銹鋼的要求,如附表所示。

高度閥支架材質(zhì)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分析結(jié)果  (%)


3. 掃描電鏡觀察
其裂紋源均是起始于支架內(nèi)彎曲表面上的表面凹坑處,測量其表面凹坑深度約0.745mm,如圖4所示。

圖4  裂紋源起始于表面凹坑區(qū)的斷口形貌


4. 金相檢測
檢測材料內(nèi)部其他區(qū)域的冶金質(zhì)量良好,其基體金相組織為正常的奧氏體組織,如圖5所示。


圖5  基體組織形貌


5. 結(jié)果分析與討論
通過分析結(jié)果看,高度閥支架的材質(zhì)化學(xué)成分符合GB/T4237標(biāo)準(zhǔn)中06Cr19Ni10牌號不銹鋼的要求;金相檢測高度閥支架基體金相組織為正常的奧氏體組織。

由于高度閥支架在彎曲成形后的內(nèi)彎表面上承受的是壓應(yīng)力,而實(shí)際上此高度閥支架的裂紋源是首先起始于其內(nèi)彎表面上,這說明該高度閥支架的內(nèi)彎表面在工作狀態(tài)下承受有拉應(yīng)力,這是引起其形成裂紋的應(yīng)力來源。分析此拉應(yīng)力的來源有以下可能性:一是此高度閥支架彎曲成形后的實(shí)物結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定的結(jié)構(gòu)尺寸存在有一定的制造誤差,這從實(shí)測支架兩端平行部分的高度尺寸比圖樣設(shè)計(jì)規(guī)定的尺寸小約5mm的結(jié)果中得到證實(shí),這將導(dǎo)致高度閥支架在裝配過程中產(chǎn)生有拉應(yīng)力;二是在工作狀態(tài)下承受有振動(dòng)應(yīng)力。


該支架選用不銹鋼板材的厚度為10mm,可以確定該支架是選用不銹鋼熱軋鋼板制造的。查GB/T4237不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶標(biāo)準(zhǔn),對鋼板的表面供貨狀態(tài)有兩種:一是有軋制氧化皮,二是無氧化皮。根據(jù)宏觀檢查到板材表面較粗糙,可以確定該支架的板材表面是帶有軋制氧化皮的供貨狀態(tài)。

該支架在彎曲成形制造過程中,其板材的內(nèi)彎曲圓角表面上必然會(huì)發(fā)生部分軋制氧化皮被壓入表面內(nèi),這將不可避免地形成不規(guī)則且深淺不一的凹坑缺陷,而從支架斷口掃描電鏡觀察結(jié)果看,其裂紋源正是起始于這些表面上的不規(guī)則凹坑缺陷處,所以高度閥支架上的軋制氧化皮在彎曲成形被壓入材料表面內(nèi)是導(dǎo)致該支架出現(xiàn)多源疲勞斷裂的內(nèi)因。

6. 結(jié)語
該高度閥支架上的軋制氧化皮在彎曲成形被壓入材料表面內(nèi),這是導(dǎo)致其產(chǎn)生多源疲勞斷裂的主要原因;其支架的結(jié)構(gòu)尺寸制造誤差及產(chǎn)生的裝配拉應(yīng)力屬于次要影響因素。

作者:劉曉琴,王大臣,逯連文,馬琳娜

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來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

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