時速350 km動車組用車軸超探缺陷原因分析

李明澤

（太原重工軌道交通設(shè)備有限公司， 山西 太原 030006）

某公司生產(chǎn)的時速350 km動車組用車軸，主要生產(chǎn)工序為軸坯→鍛造成型→熱處理→機加工→成品檢驗等工序，成品探傷檢查時，同批爐號75根車軸中發(fā)現(xiàn)有17根車軸軸身存在超標(biāo)缺陷。缺陷特征：所有缺陷均位于車軸中心區(qū)域；大多數(shù)車軸的缺陷為Φ2～Φ3 mm平底孔當(dāng)量單個缺陷。為確定車軸軸身超探缺陷性質(zhì)及產(chǎn)生原因，選取某軸號車軸進行解剖試驗分析。

1 試驗分析

1.1 現(xiàn)場宏觀分析

對所選車軸再次超聲波探傷檢測，結(jié)果顯示：車軸軸身中心區(qū)域存在多個Φ2～Φ3 mm平底孔當(dāng)量單個缺陷。選取Φ3 mm平底孔當(dāng)量缺陷的軸身中心區(qū)域，進行車軸解剖，取橫向、縱向低倍試樣2片，高倍試樣1塊。

1.2 低倍試驗分析

1）低倍酸浸試驗，結(jié)果見表1。

表1 低倍酸浸試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，鍛件致密度、均勻性合格，但橫向試片中心區(qū)域發(fā)現(xiàn)有6個深色針孔，尺寸很小，最大的尚不足1 mm；縱向試片發(fā)現(xiàn)有18條長度不等的小裂紋，平行軸向分布，最長的達6 mm；見圖1所示。

1.3 微觀組織分析

圖1 低倍酸浸試驗

Φ3 mm平底孔當(dāng)量缺陷的長方形塊狀試樣，采取逐層磨削的方法，最終磨削出缺陷為肉眼可見長條形小裂紋，軸向分布長約6～7 mm。試樣拋光后觀察，試面上有一條超大尺寸粗大夾雜，為單個不變形+長條形變形+長鏈狀等形態(tài)，由多個滿視場組成超尺寸夾雜。顯微鏡下測量：夾雜長5.1 mm，最寬處0.31 mm。夾雜部分區(qū)域與基體有縫隙，如此粗大的夾雜可稱為宏觀夾雜，也已經(jīng)形成為夾雜裂紋。試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后，夾雜旁組織無變化。基體組織為回火索氏體+回火貝氏體，呈帶狀分布；晶粒度7.5級，見下頁圖2。

1.4 掃描電鏡微區(qū)分析

夾雜由單個不變形+長鏈狀+長條狀組成，其中單個夾雜和粗大條狀夾雜多處與基體存在縫隙和裂縫，粗大夾雜由不同顏色、不同形態(tài)夾雜匯集組成，見下頁圖3。

圖2 夾雜物

圖3 SEM

能譜微區(qū)分析可知，長條形粗大夾雜主要含有：AlO、MgO、CaO、FeO復(fù)合型氧化類夾雜，單顆粒大夾雜主要含有：AlO、MgO、CaO、FeO 復(fù)合型氧化類夾雜，部分區(qū)域為AlO、CaO、FeO復(fù)合型氧化類夾雜；具體數(shù)據(jù)見圖4。

2 討論與分析

1）車軸鍛件致密度、均勻性合格。在縱向試片上發(fā)現(xiàn)有18條長度不等的小裂紋，最長的達6 mm；車軸軸身超探檢測Φ3 mm平底孔當(dāng)量缺陷截取的試樣，逐層磨削最終發(fā)現(xiàn)缺陷為宏觀可見長條形小裂紋，軸向分布長約6～7 mm。缺陷顯微試驗分析和掃描電鏡微區(qū)分析結(jié)果表明，缺陷是多條超大尺寸粗大夾雜。夾雜由超大單顆粒+長鏈狀+長條狀等形狀夾雜組成，主要含有：AlO、MgO、CaO、FeO復(fù)合型氧化類夾雜。

圖4 夾雜物譜圖

2）產(chǎn)生超大尺寸夾雜的原因通常是鋼材原材料在冶煉和鑄錠過程中，鋼液不斷和爐床、鋼包接觸，被浸蝕掉的耐火材料碎粒以及耐火材料的反應(yīng)產(chǎn)物、小顆粒爐渣和鋼液的氧化物等混入形成的所謂外來夾雜物。通常是由于此爐鋼材在冶煉尤其是鋼包精煉和鑄錠過程中設(shè)備狀況不佳或操作不當(dāng)，造成鋼中存在這種數(shù)量縱多、尺寸超大、含有AlO、MgO、CaO等復(fù)合型氧化類夾雜。這種超大氧化類夾雜在鍛造和熱處理過程中產(chǎn)生危害性，在鋼錠鍛壓加工過程中，對于不變形或難于變形的的夾雜物尤其是氧化鋁類夾雜，往往容易在夾雜物與基體金屬之間產(chǎn)生空隙，在熱處理過程中，鍛件加熱和冷卻時，由于夾雜物與基體金屬熱膨脹特性不同，兩者之間將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，可使鍛件內(nèi)產(chǎn)生微小裂紋，直接影響使用性能。必須從源頭予以控制并盡量除去。

3 結(jié)語

車軸軸身超探缺陷為超大尺寸復(fù)合氧化類夾雜物。超大尺寸夾雜系原材料冶煉過程中設(shè)備不佳或操作不當(dāng)造成。