案例分享：某動車組高度閥支架裂紋分析
某動車組在檢修時(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）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。
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 （%）
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
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
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。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
單位：中車長春軌道客車股份有限公司質(zhì)量保證部
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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