FXN5C型機車車輪開裂的分析與建議

金文銳

摘要：FXN5C型機車車輪在疲勞試驗進行至約280萬次時發現輪輻開裂，嚴重影響生產進度。我們通過化學成分分析、力學性能檢測、金相分析等方法綜合分析，認為造成疲勞開裂的主要原因是輪輻表面機加工后產生二次淬硬組織所致。故建議采取措施改進表面加工質量。

關鍵詞：疲勞;車輪;表面加工

C-0011車輪在疲勞試驗進行至約280萬次時發現輪輻開裂，見圖l。設計要求為1000萬次。現場可見裂紋位于輪輻弧面處;車輪外側裂紋長約45mm，車輪內側裂紋長約30mm。現將裂紋打開，并作進一步分析。

一、宏觀斷口

經取樣打開斷口，車輪斷口全貌如圖2所示，該斷口為疲勞斷口，貝紋線清晰可見。圖2中箭頭所指為疲勞源，疲勞擴展區約占整個斷口面積的75%。斷口下方有許多“半圓形”痕跡，也是疲勞源區，表現為多源疲勞開裂，為應力過大所致，為后開裂區。斷口內高出的“山脊”為最后瞬斷區。從斷口側面（機加工面）觀察，可見斷口開裂前沿與加工刀痕重合。

另外，測得車輪外側疲勞源附近表面粗糙度為0.7-2.7um，符合設計要求。下面取樣進一步分析。

二、金相組織

對試樣磨拋浸蝕后檢驗，其裂紋源處附近表面金相組織見圖3，表面有二次硬化層，深度約2.7um。基體金相組織為帶狀分布的珠光體+鐵素體，晶粒度為8-7級。另取遠離疲勞源處試樣檢查其表面進行組織，二次硬化層不明顯。可見車輪表面加工過程中局部有二次淬硬現象。

三、非金屬夾雜物

沿試樣縱向進行磨拋后在顯微鏡下觀察，根據GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》，其非金屬夾雜物評級級別為AO，BO，co，D0.5，Ds0級。

四、化學成分

從輪輻疲勞源附近和遠離疲勞源處取樣，進行化學成分檢測。結果見表1。兩組結果都符合設計要求。

五、力學性能

從輪輻上取拉伸試樣，進行拉伸試驗，結果見表2。對照技術條件，都符合要求。

六、結論與建議

該車輪輪輻處為疲勞開裂。其化學成分復合材料要求，其力學性能符合設計要求。其輪輻表面裂紋源附近有約2.7um的白色硬化層組織，且裂紋沿刀痕擴展的趨勢較明顯，對疲勞開裂有一定的影響。

根據以上試驗，建議：

1.在表面加工前，檢查刀頭質量。

2.在表面加工時，優化切削工藝，如：降低進刀速度，調整轉速等。尤其是在車輪輪輻弧面，應當適當控制進刀速度。

3.增加冷卻液，避免表面加工時表面組織過熱;另外，檢查冷卻液，及時補充冷卻液。