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某动车组高度阀支架裂纹分析【案例分享】

案例分享:某动车组高度阀支架裂纹分析 

某动车组在检修时发现某车3轴侧高度阀支架有开裂裂纹,当前运行公里数为3650504km,高级修后运行公里数为697447km;此支架的材质为06Cr19Ni10,板材厚度10mm,执行GB/T 4237标准。


1. 宏观及断口检查
(1)现场取回高度阀支架的实物平面、侧面形貌如图1所示,实测支架两端平行部分的高度尺寸比图样设计规定的尺寸小约5mm。

图1  高度阀支架平面宏观形貌


(2)支架上开裂的裂纹源是起始于其靠近双螺栓孔侧的内弯曲表面上,如图2所示。

图2  高度阀支架开裂裂纹的表面形貌


(3)高度阀支架裂纹打开,断口呈多源疲劳断口特征,如图3所示。

图3  原始断口表面形貌


(4)实测高度阀支架板厚度10mm,符合设计图样要求。


2. 材质分析
高度阀支架的材质结果符合GB/T4237标准中06Cr19Ni10牌号不锈钢的要求,如附表所示。

高度阀支架材质化学成分(质量分数)分析结果  (%)


3. 扫描电镜观察
其裂纹源均是起始于支架内弯曲表面上的表面凹坑处,测量其表面凹坑深度约0.745mm,如图4所示。

图4  裂纹源起始于表面凹坑区的断口形貌


4. 金相检测
检测材料内部其他区域的冶金质量良好,其基体金相组织为正常的奥氏体组织,如图5所示。


图5  基体组织形貌


5. 结果分析与讨论
通过分析结果看,高度阀支架的材质化学成分符合GB/T4237标准中06Cr19Ni10牌号不锈钢的要求;金相检测高度阀支架基体金相组织为正常的奥氏体组织。

由于高度阀支架在弯曲成形后的内弯表面上承受的是压应力,而实际上此高度阀支架的裂纹源是首先起始于其内弯表面上,这说明该高度阀支架的内弯表面在工作状态下承受有拉应力,这是引起其形成裂纹的应力来源。分析此拉应力的来源有以下可能性:一是此高度阀支架弯曲成形后的实物结构尺寸与设计图样规定的结构尺寸存在有一定的制造误差,这从实测支架两端平行部分的高度尺寸比图样设计规定的尺寸小约5mm的结果中得到证实,这将导致高度阀支架在装配过程中产生有拉应力;二是在工作状态下承受有振动应力。


该支架选用不锈钢板材的厚度为10mm,可以确定该支架是选用不锈钢热轧钢板制造的。查GB/T4237不锈钢热轧钢板和钢带标准,对钢板的表面供货状态有两种:一是有轧制氧化皮,二是无氧化皮。根据宏观检查到板材表面较粗糙,可以确定该支架的板材表面是带有轧制氧化皮的供货状态。

该支架在弯曲成形制造过程中,其板材的内弯曲圆角表面上必然会发生部分轧制氧化皮被压入表面内,这将不可避免地形成不规则且深浅不一的凹坑缺陷,而从支架断口扫描电镜观察结果看,其裂纹源正是起始于这些表面上的不规则凹坑缺陷处,所以高度阀支架上的轧制氧化皮在弯曲成形被压入材料表面内是导致该支架出现多源疲劳断裂的内因。

6. 结语
该高度阀支架上的轧制氧化皮在弯曲成形被压入材料表面内,这是导致其产生多源疲劳断裂的主要原因;其支架的结构尺寸制造误差及产生的装配拉应力属于次要影响因素。

作者:刘晓琴,王大臣,逯连文,马琳娜

单位:中车长春轨道客车股份有限公司质量保证

来源:《金属加工(热加工)》杂志

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