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(shù)中心，山西 太原030003）

鋼軌接頭是軌道的一個薄弱環(huán)節(jié)，容易遭受破壞，嚴(yán)重時可能發(fā)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(dá)到更長的使用時間，在服役過程中出現(xiàn)集中斷裂，通過進(jìn)行現(xiàn)場取樣，我們選取使用時間最短的斷裂成品帶回進(jìn)行取樣分析，試驗具體方法為對斷口進(jìn)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(jīng)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(jīng)裝配使用但尚未斷裂的夾板觀察，發(fā)現(xiàn)均有如下特征：圖2中可以明顯看到磨損發(fā)亮部分，箭頭指示位置已經(jīng)磨出一個1～2 mm的臺階，結(jié)合現(xiàn)場實際，這個磨損面在車輛經(jīng)過時候會夾板受要拉伸應(yīng)力，極易形成裂紋源，從而導(dǎo)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(jìn)行鍛造、機加工、調(diào)質(zhì)（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(yuǎn)未達(dá)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(yán)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(jìn)行熱處理并進(jìn)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(dá)到熱處理預(yù)期效果，從而可以確認(rèn)斷裂是熱處理組織存在問題，進(jìn)而推斷是熱處理工藝執(zhí)行不到位導(dǎo)致斷裂。

圖4 實驗室調(diào)質(zhì)處理后的組織

對斷口附近組織進(jìn)行金相分析，發(fā)現(xiàn)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(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)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(diào)質(zhì)處理之后產(chǎn)生，即在使用過程中產(chǎn)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(jìn)行觀察如圖6，通過對斷口進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)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(jié)論

1）通過金相及掃描電鏡對斷口分析，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)夾雜，鋼質(zhì)純凈，原材料無缺陷，符合技術(shù)要求。

2）從宏觀肉眼觀察，可以發(fā)現(xiàn)斷口在形成之前都受到較為嚴(yán)重的磨損拉伸，甚至磨出臺階，這些外力作用導(dǎo)致組織發(fā)生變化，形成裂紋，之后裂紋擴展進(jìn)入材料基體從而導(dǎo)致斷裂的發(fā)生。究其原因，可能是安裝不當(dāng)使得夾板下方與軌道接觸面貼合過緊，導(dǎo)致車輛經(jīng)過時軌道接頭反復(fù)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(fā)現(xiàn)組織異常，調(diào)質(zhì)處理效果不好，淬硬層遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)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(diào)質(zhì)處理之后產(chǎn)生；同時裂紋及基體組織中均未發(fā)現(xiàn)夾雜，可排除夾雜。