某鑄件吊耳開裂失效分析

牛步釗，王杰

（1.中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111；2.南京中車浦鎮海泰制動設備有限公司，江蘇 南京 211800）

1 概述

某鑄件吊耳在壓裝襯套過程中，發現有1件開裂。如圖1所示。

圖1 開裂件外觀

來說，即開裂位置位于鑄件吊耳處，孔和襯套為過盈配合（孔和襯套尺寸均合格），開裂件外觀可看到明顯痕跡。

2 失效分析

2.1 磁粉探傷分析

按照EN1369標準要求對開裂件及完好件進行磁粉探傷。開裂件的開裂部位吸磁較為明顯，在熒光下呈白亮色，其他部位未見明顯條帶狀顯示，有點狀顯示；完好件表面未見裂紋，有點狀顯示，點狀顯示為鑄造疏松。其中，磁粉探傷開裂件如圖2所示；磁粉探傷完好件如圖3所示。

圖2 磁粉探傷開裂件

圖3 磁粉探傷完好件

2.2 宏觀斷口分析

對開裂件開裂部位人工打開，在顯微鏡下觀察其宏觀形貌，具體如圖4所示。

圖4 開裂件宏觀斷口

從圖4開裂件宏觀斷口可以看出：開裂件斷口的斷面邊緣呈鐵灰色，內部呈鐵銹色，邊緣呈圓角形貌，較為光滑，斷面上有石狀結晶，中間鐵銹色為熔合區，在安裝時形成過載斷裂，熔合區約占整個斷口的1/2。

2.3 微觀斷口分析

現對開裂件進行掃描電鏡微觀斷口分析，具體分析圖片如圖5、圖6所示。

圖5 開裂微觀斷口分析圖

圖6 人工打斷斷口微觀分析

圖5 、圖6顯示了開裂件及人工打斷斷口微觀形貌特征。從中可看出：斷口微觀形貌較為復雜，邊緣氧化較為嚴重，部分斷口呈泥狀花樣，熔合區部位呈準解理+解理+淺韌窩，圓點為球狀石墨，開裂件人工打斷斷口為韌窩特征。

2.4 顯微組織分析

對開裂件斷口處和完好件取樣，腐蝕劑選用4%硝酸酒精溶液，試樣制備依據GB/T13298進行，對制好的試樣進行金相分析，具體分析結果如圖7、圖8所示。

圖7 開裂件顯微組織

圖8 完好件顯微組織

圖7 、圖8顯示了開裂件及完好件顯微組織特征。依據GB/T9441-2009《球墨鑄鐵金相檢驗》開裂件球化率為3級，石墨大小為7級，符合標準要求球化率不低于4級，石墨大小等級6～8級要求，斷口內部存在微裂紋，球狀石墨周圍為白色鐵素體呈牛眼狀，牛眼狀球狀石墨周圍為珠光體，部分組織呈共晶萊氏體；完好件球化率為3級，石墨大小為6級，顯微組織為牛眼狀石墨和珠光體組織。開裂件及完好件均未見過熱、過燒現象。

2.5 性能驗證分析

對開裂件和完好件力學性能驗證，具體試驗結果如表1所示。

表1 力學性能

完好件與開裂件相差27HBW，強度相差51MPa，抗拉強度和伸長率均滿足標準值要求。

3 失效結果

從磁粉探傷結果來看，除開裂處顯影明顯外，其余均為疏松及皮下氣泡等鑄造缺陷；斷口邊緣呈光滑圓角，開裂件未熔合部分約占整個斷口的1/2，斷面均呈光滑圓角形貌，未熔合區域約占整個斷面的3/4；微觀斷口較為復雜，斷面未熔合區氧化較為嚴重，斷面瞬斷區呈準解理、解理和韌窩形貌；顯微組織球化率和石墨球大小滿足標準要求；開裂件及完好件抗拉強度和伸長率滿足標準要求。從開裂件宏觀斷口和微觀斷口分析，開裂件符合鑄造冷隔缺陷特征：形狀呈液體流動時的形狀，單挑光滑、邊緣呈圓角。通過詢問其鑄造工藝，每爐鐵水需要澆鑄256個產品，當最后一個產品時，鐵水的流動性變差，鑄件吊耳為整個鑄件截面最薄處，造成兩股金屬液未完全熔合而存在明顯的不連續性缺陷。在裝配時，由于襯套的持續壓入，造成最終開裂。

4 結語

綜上所述，該鑄件在壓裝襯套過程中吊耳開裂原因為鑄件存在冷隔缺陷。建議后續對現有鑄造工藝進行適當改進；對鑄造后的產品進行100%磁粉探傷，以剔除缺陷產品。