鋼軌接頭夾板用鋼55-JB斷裂研析

王會亮

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心，山西 太原030003）

鋼軌接頭是軌道的一個薄弱環節，容易遭受破壞，嚴重時可能發生行車事故。夾板作為鋼軌接頭的主要連接部件，必須具有高強度高耐磨性的同時具有高韌性，以期達到更長的使用時間，在服役過程中出現集中斷裂，通過進行現場取樣，我們選取使用時間最短的斷裂成品帶回進行取樣分析，試驗具體方法為對斷口進行宏觀分析與微觀分析：金相顯微組織分析、掃描電鏡分析。

1 斷口宏觀分析

圖1 為斷口宏觀形貌，可以看出斷裂經歷了裂紋萌生（圖1裂紋源）→脆斷→塑斷三個階段，同時通過對已經裝配使用但尚未斷裂的夾板觀察，發現均有如下特征：圖2中可以明顯看到磨損發亮部分，箭頭指示位置已經磨出一個1～2 mm的臺階，結合現場實際，這個磨損面在車輛經過時候會夾板受要拉伸應力，極易形成裂紋源，從而導致開裂。

圖1 斷口宏觀形貌

圖2 尚未斷裂夾板

2 斷口微觀分析

2.1 金相組織分析

對原材料進行鍛造、機加工、調質（820℃淬火+500℃回火），成品淬硬層深度要求在3 mm左右，但從金相照片圖3可以看出，淬硬層深度只有不到0.2 mm，個別地方最多勉強夠0.5 mm左右；淬硬層深度遠未達到3 mm的要求，成品組織中鐵素體非常多，幾乎看不到索氏體，說明熱處理效果非常不好，嚴重影響正常使用。

圖3 淬硬層深度測量

通過實驗室模擬熱處理工藝，對試樣進行熱處理并進行金相分析，組織如圖4所示，組織幾乎全部為保留馬氏體相位的索氏體組織，組織達到熱處理預期效果，從而可以確認斷裂是熱處理組織存在問題，進而推斷是熱處理工藝執行不到位導致斷裂。

圖4 實驗室調質處理后的組織

對斷口附近組織進行金相分析，發現有裂紋存在，如下頁圖5金相照片，裂紋從脫碳層延伸到基體組織，進一步觀察，發現裂紋都被氧化，但是基體部分裂紋沒有形成脫碳，不難推測，裂紋是在調質處理之后產生，即在使用過程中產生的疲勞裂紋。

圖5 裂紋金相觀察

2.2 掃描電鏡分析

對金相分析中看到的裂紋用掃描電鏡進行觀察如圖6，通過對斷口進行分析，發現裂紋處不存在夾雜，只是單純的氧化鐵，如圖7。

圖6 裂紋處掃描電鏡觀察

3 結論

1）通過金相及掃描電鏡對斷口分析，未發現超標夾雜，鋼質純凈，原材料無缺陷，符合技術要求。

2）從宏觀肉眼觀察，可以發現斷口在形成之前都受到較為嚴重的磨損拉伸，甚至磨出臺階，這些外力作用導致組織發生變化，形成裂紋，之后裂紋擴展進入材料基體從而導致斷裂的發生。究其原因，可能是安裝不當使得夾板下方與軌道接觸面貼合過緊，導致車輛經過時軌道接頭反復磨損夾板接觸面，從而磨損形成斷裂；也可能是工況（如地基下沉等）所致。

圖7 裂紋處掃描電鏡成分分析

3）通過微觀金相發現組織異常，調質處理效果不好，淬硬層遠未達到預期的深度，觀察到的裂紋基體中的部分被氧化但未沒有形成脫碳，說明是疲勞裂紋，是在調質處理之后產生；同時裂紋及基體組織中均未發現夾雜，可排除夾雜。