洛帝牢防松墊片失效問題分析①

姜永波

(中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東青島 266111)

1 研究背景

洛帝牢防松墊片結構簡單，對連接件要求不高，安裝便利，穩定性較好，被大量運用在軌道列車上。但在長期運營過程中發現個別洛帝牢防松墊片出現細微徑向開裂，給車輛運營帶來風險。本文通過斷口截面、金相、機械性能、化學成分多方面討論分析帝牢防松墊片徑向開裂原因。

2 徑向開裂狀態分析

洛帝牢防松墊片，墊片呈錐形，組合墊片一薄一厚，材質為42CrMo4，表面達克羅處理，安裝扭矩為350N·m。開裂墊片均發生在較厚的墊片上，開裂沿徑向分布，一枚墊片上可見多處開裂痕跡，并且開裂處沿圓周基本均勻分布，大部分沿齒槽根部開裂，如圖1所示。

3 開裂原因分析

3.1 斷口分析

選取開裂樣品打開斷口后進行微觀分析，可見整個斷面均為冰糖狀沿晶形貌，并伴有晶間二次裂紋，局部可見韌窩形貌，如圖2所示。

表1 硬度檢測結果

3.2 金相檢驗

對開裂墊圈取樣進行金相分析，較厚的標記為a，較薄的標記為b。可見其中較厚的墊圈組織均為均勻的回火屈氏體，較薄的墊圈組織存在細小彌散的顆粒狀碳化物，可見較薄的墊圈硬度回火溫度相對較高，如圖3所示。對斷口附近檢查金相組織，沿主裂紋可見分支裂紋，未見明顯缺陷及組織變形痕跡。

3.3 硬度檢測

對開裂墊圈進行硬度檢測，結果如表1所示，可見較厚的墊圈硬度均比較薄的墊圈高。

3.4 化學成分分析

采用電感耦合等離子發射光譜儀(ICP)對對斷裂墊圈（厚）和完好墊圈（厚、薄）進行化學成分分析，結果如表2所示。可見完好件（薄）的Mn含量略微低于標準要求的下限，其余元素含量均符合“DIN EN 10083-2007淬回火鋼”中對42CrMo4的要求，但厚墊圈和薄墊圈Si含量存在較大的差異。

表2 試樣化學成分分析結果（%）

圖2 斷面典型微觀形貌

圖3 開裂墊圈金相組織

對斷裂件和完好件中較厚的墊圈采用惰性氣體熔融熱導法測定氫含量分別為2.3ppm、1.5ppm。

4 結語

墊圈開裂斷口附近未見宏觀塑性變形，微觀呈現沿晶特征，并伴有晶間二次裂紋，由此可判斷該墊圈為脆性延遲斷裂。影響零件脆性延遲斷裂的因素主要有：含氫量、顯微組織、強度、硬度及所受應力等。通過本文分析，認為墊圈可能存在硬度較高氫脆斷裂的可能。氫含量測定結果表明，斷裂墊圈氫含量為2.3ppm，未使用墊圈氫含量為1.5ppm；硬度測試結果表明厚墊圈硬度約520HV，存在較高的硬度，且在服役過程中，該錐形墊圈開裂面承受張應力作用，具有較高的氫脆敏感性。