机车车轴断裂失效分析

rockston

简介

2004年4月初，某铁路局机车第六位轮对车轴发生断裂。断裂位置在轴身中部。该机车新造出厂服役才6个月，车轴断裂时的总走行里程约81000km。

车轴材料为JZ45号优质碳素钢，加工工艺流程为：冶炼→铸、轧→锻造→正火热处理→超探(力学性能检查)→粗加工→质量检查→精加工→外观检查→磁粉探伤检查。技术要求按铁标TB/T1027-91“机车车轴技术条件”、国标GB5068-1999“铁路机车车辆车轴用钢”检验，验收。

1　检验分析

1.1　断口的宏观检查及分析

断裂处位于轴身中部，断裂车轴的断口全貌见图1。断面周边仍保持圆形，断口基本与轴向垂直。断面及其附近无严重宏观塑性变形，无缩颈、拉长、拧成锥形麻花状等热切特征。断面上沿周边有一宽度约为50mm的挤擦区，其原始断裂特征已全部消失。断面中心有直径约为100mm的圆形区域，可以清晰看到海滩状贝纹线。据此可以确定，该轴的断裂性质为疲劳断裂。根据疲劳贝纹线的疏密程度可以确定疲劳裂纹的扩展方向，并可初步确定疲劳源位于轴身中部的表面。图1中编号1、2、3三处即为表面区域中的三个独立疲劳源、且编号1所在区域为主疲劳源，编号2、3所在区域为次疲劳源。在周期性应力作用下，这3处表面区疲劳源各自不断扩展，并最后发生瞬时断裂，形成了图1中箭号所指的三个台阶。疲劳区A、C基本处于同一平面内，疲劳区B与A、C沿轴向的高度差约10mm。最后瞬断区面积很小，约占整个断面面积的10%，说明所受载荷并不大。断口面为大致垂直于轴向的平断口，说明断裂车轴承受的载荷以旋转弯曲载荷为主(扭转载荷为主的断口面为与轴向大体成45°的斜断口)。

断口宏观分析结果说明，车轴断裂是以轴身表面3处疲劳源为源的低应力旋转弯曲疲劳断裂，无疑属冷切轴