道岔鋼軌制造中磁粉檢測的常見缺陷分析

(中鐵物總技術有限公司, 北京 100036)

1 道岔鋼軌的常見缺陷

道岔是機車車輛從一股軌道轉入或越過另一股軌道的線路設備，是鐵路軌道的重要組成部分[1]，是由多種部件組裝成的組合體，其中道岔鋼軌是道岔的重要組成部件，如心軌、尖軌、導軌、基本軌等鋼軌，都是由不同的鋼軌加工制造而成的，也就是說鋼軌就是制造道岔的原材料。道岔鋼軌在制造過程中涉及的工藝復雜，主要經過軋制、鍛壓、扭轉、彎折、銑削、表面淬火等加工工序，任何一個環節出現問題都可能產生缺陷，以下為常見的幾種缺陷。

1.1 原材鋼軌缺陷

原材鋼軌在軋制和矯直的過程中，因軋輥、導位板等設備操作不當及工藝影響，鋼軌表面易產生裂紋、縱向線紋、折疊、軋疤等缺陷。

(1) 縱向線紋：在鋼軌軋制過程中，軌件表面與導位板非正常接觸，造成局部位置受力過大，產生縱向通長或局部刮傷，在后工序軋制過程中碾壓形成線紋，縱向線紋的深度一般都在標準要求的脫碳層深度(<0.5 mm)范圍之內。

(2) 軋制軋疤：在鋼軌軋制過程中，因出鋼不正或者咬偏等原因，軋件與導位裝置發生摩擦或碰撞，軋件的金屬被啃掉而黏在導位表面，在后續的軋制過程中，這些黏在導位上的金屬塊受振動或其他原因掉在正在軋制的軋件上，且隨即被壓入到軋件本體中，形成軋疤等缺陷。

1.2 鍛造裂紋

在道岔尖軌、心軌制造過程中，需要將60AT非對稱斷面鋼軌端部通過熱鍛方式成型為60 kg·m-1的標準鋼軌斷面，鍛造后，斷面尺寸和形狀都有很大變化。在道岔鋼軌跟端鍛壓加熱過程中，由于感應線圈與被加熱鋼軌之間的距離設置不當，加熱溫度超過其熔化溫度，保溫時間過長產生過熱，不僅會使材料晶粒粗大，嚴重時晶界發生氧化甚至熔化，從而形成過燒裂紋，過燒裂紋在隨后的鍛壓過程中進一步擴展最終形成較大的裂紋使道岔鋼軌軌腰開裂[2]。

1.3 彎折裂紋

道岔鋼軌彎折是道岔加工中的重要工序之一，鋼軌通過彎折(調直)來達到組裝試鋪所需要的折線型結構。道岔鋼軌彎折一般分為鋼軌的調直、加工前預彎、加工后的精矯等步驟，在彎折過程中受鋼軌原材質量、溫度環境、彎折工藝、應力集中等因素影響，極易產生裂紋甚至斷裂。

2 缺陷磁痕顯示特征

2.1 原材鋼軌缺陷

(1) 縱向線紋：一般其深度都在脫碳層深度范圍之內，磁痕顯示清晰濃密，呈連續或斷續的直線方向分布，如圖1所示。

圖1 原材鋼軌表面線紋

(2) 軋制軋疤：軋制過程中的軋疤缺陷易產生在軌頭側面及軌腰三角區位置，磁痕顯示濃密、清晰直觀，呈面狀顯示，如圖2所示。

圖2 原材鋼軌表面軋疤

2.2 鍛造裂紋

道岔鋼軌鍛造裂紋缺陷常出現于軌腰三角區位置，通常在軌腰表面呈波浪形，沿縱向發展，一般為斷續或連續的線條，兩端有尖角，較大裂紋附近伴隨著細小裂紋，磁痕顯示濃密清晰，如圖3所示。

圖3 跟端鍛造裂紋

2.3 彎折裂紋

受彎折工藝、環境溫度、應力集中等因素影，響鋼軌在彎折加工載荷作用下，在應力較大處易產生彎折裂紋甚至脆性斷裂。彎折裂紋常出現于翼軌彎折點軌腰位置，一般呈人字型，磁痕顯示清晰不濃密，裂紋淺而細小，如圖4所示。

圖4 翼軌彎折裂紋

3 缺陷形貌分析

3.1 原材鋼軌縱向線紋

沿缺陷截面取樣熱酸腐蝕后進行金相組織檢驗和脫碳層深度測試(結果見圖5)，線紋兩側金屬具有氧化脫碳特征，其深度小于標準脫碳層深度要求，未大于0.5 mm；線紋處金相組織為珠光體+鐵素體組織，未發現向內延伸裂紋，打磨消除后磁粉復檢未見磁痕顯示。

圖5 原材鋼軌線紋形貌分析

3.2 鍛造裂紋

在裂口處取樣進行金相試驗(結果見圖6)，顯微微觀察發現裂紋邊緣均有氧化脫碳現象，并伴隨著微細裂紋，其金相組織為細片狀珠光體+少量鐵素體組織。綜上所述，該裂紋為鍛造時感應溫度加熱過燒所致。

圖6 鍛造裂紋形貌分析

4 結論

介紹了道岔鋼軌磁粉檢測時的幾種常見缺陷，并分析了缺陷產生的原因和磁痕顯示特征，以為改進制造生產工藝防止缺陷產生而提供參考依據。