貨車斷軸機理與失效分析

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1、貨車斷軸機理與失效分析貨車斷軸機理與失效分析作考：鐵道部安全監(jiān)察司毛慶祥摘要：介紹了兩起貨車軸頸斷裂事故的概況，對斷口特征和斷裂原兇作了分析并提出防止對策、建議。主題詞：貨車軸頸斷裂原因分析繼1986年、1993年各發(fā)生-?起客車軸頸卸荷槽部位斷裂事故之后，1996年又發(fā)生兩起貨車該部位斷裂事故，造成嚴重后果和巨大損失。這再一次捉醒我們，在防止車軸冷切方面，軸頸卸荷槽部位千萬不要忽視。1事故概況（1）1996年9月3日，7419次貨物列車編組60輛、總重50011,運行到京廣下行線石橋——臨穎間，因機后25位C62.M型739221號車（裝煤60t）第3位

2、軸頸卸荷槽部位斷裂后脫軌，使該車及機后26?43位貨車脫軌顛覆，構成重人事故。該事故車于1996年1月15日做段修,裝用轉8A型轉向架、RD2型車軸,斷軸軸號15147;該軸1983年7月制造,同年8月第一次（也是最后一次）組裝，斷裂端軸承為1991年10月壓裝的人修軸承（至段修H已4a90d）,段修時未退卸軸承，應對■軸頸卸荷槽實施超芮波探傷。斷裂位置在距軸端約195mm處。（2）1996年11月3H,2379次貨物列車，列車編組42輛，總重3519t0運行到兗石線朱寶——紅埠寺間，因機后23位C64型4826680號車（裝煤60t）第3位軸頸卸荷槽處斷

3、裂后脫軌。事故車裝用轉8A型轉向架，RD2型車軸，斷裂端軸承于1994年11月壓裝，段修時未退卸。該車于1996年10月24口段修，至事故發(fā)生Z口運行僅10do車軸是1986年9月日木制造，軸號69393,1987年4月9日國內第一次組裝，1994年10月10日第二次紐裝。斷裂位置距軸端約201mmo2斷口特征及材質檢驗（1）15147號軸斷口形貌及示意圖分別見圖1、圖2。斷口由疲勞源區(qū)、裂紋擴展區(qū)、脆性斷裂區(qū)三部分組成，其中裂紋擴展區(qū)又可分為慢速擴展區(qū)和快速擴展區(qū)，慢速擴展區(qū)疲勞紋細密，也稱疲勞核?？焖贁U展區(qū)疲勞紋比較粗，是典型的高周疲勞斷裂。疲勞源區(qū)范

4、I韋I較人，呈半環(huán)型，銹蝕嚴重、色澤很深（圖1中因拍照光線不當而失真）。在該區(qū)內可見幾個小階臺，是不在同一個截面上的幾條裂紋萌生擴展和會后形成的，說明是多源的。仔細觀察共有四個裂紋源。按照裂紋擴展的路線確定源區(qū)1為主裂紋源，英余為次裂紋源。主裂紋前牛后開始擴展，次裂紋在小范I韋I內獨立擴展后與主裂紋交匯。此時次裂紋擴展受到抑制，而主裂紋繼續(xù)擴展，直至斷裂。裂紋擴展區(qū)冇明顯的貝狀疲勞擴展線，由此可看出主裂紋的擴展方向。在擴展區(qū)內與脆斷區(qū)交界處上方有一塊明顯銹痕，色澤校深，是軸頸斷裂Z前形成的。這可能由左邊源區(qū)（圖1）進水，因午軸轉動甩開形成這個形狀，經過一段

5、時間氧化而成的。圖1屮脆斷區(qū)內的條紋是撕裂棱，不是裂紋。脆斷區(qū)的面積約占斷面面積的34%。觀察斷口的側面，即軸頸卸荷槽表面，沿圓周方向有腐蝕麻點，大的呈坑狀，直徑和深度均小于1mm,統(tǒng)稱為腐蝕坑。腐蝕坑與裂紋源有對應關系。主裂紋、次裂紋都是從腐蝕坑底部萌&的。經高倍顯微鏡觀察，在斷裂面附近的腐蝕坑底部冇小裂紋存在。-1-(2)69393號軸的斷口是單源疲勞斷裂，形貌比較特殊。由圖3可以看出，在舊痕擴展區(qū)下方的新痕區(qū)內，仍可看到明顯的貝狀疲勞擴展線，因此也是擴展區(qū)，不包括在脆斷區(qū)Z內。實際的脆斷區(qū)如圖4所示，其血積只點整個斷面的11%,脆斷區(qū)有明顯的剪刀廉，

6、這種斷口是罕見的。斷口源區(qū)附近側表面有明顯的橫向條狀腐蝕痕，深度約為0.1mm?0.2mm,還可見到車削刀痕。(3)15147號軸斷裂實物，由檢驗部門作了檢驗分析。其化學成分、機械性能、晶粒度等均符合規(guī)定。說明該軸的斷裂不是材質不良引起的?；仡櫄v年車軸斷裂案例，因材質不良引起的疲勞斷裂很少見。3原因分析(1)由斷口分析可知，15147號軸裂紋是從蝕坑底部萌生的，源區(qū)乂無其他缺陷，因此，可以認為，軸頸農血蝕坑的存在是導致疲勞斷裂的引發(fā)因索。試驗研究衣明，試樣表而腐蝕后形成的坑狀缺陷，其疲勞極限比光滑試樣明顯下降。下降的幅度同蝕坑的直徑、深度、底部的曲率及加載

7、方式有關。試驗述表明，在同樣的表而腐蝕的情況下，以旋轉彎曲載荷的疲勞極限下降最多。蝕坑不同丁?機械損傷造成的坑狀缺陷，主要是底部存在著微觀缺口。蝕坑半球殼形的幾何形狀和這種顯微缺口的疊加引起微區(qū)的應力集中，導致微裂紋萌生并發(fā)展成宏觀裂紋，縮短了車軸的疲勞壽命。腐蝕底部的顯微缺口，加人了應力集中系數，對裂紋的萌生起到推動作用。由于軸頸卸荷槽部位沿圓周較人范圍內存在著蝕坑，它們同樣由底部萌生裂紋，不在同截而的微裂紋擴展成大裂紋，各自形成疲勞源，這些裂紋繼續(xù)擴展與主裂紋交匯，此后次裂紋擴展受阻，主裂紋在交變應力作用下繼續(xù)擴展，直至斷裂。水是普遍存在的化學介質，水

8、和大氣中SQ2、H2、S等介質結合，生成酸性電解質，并在被腐蝕部位