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1、东风4B型9285号机车机破事故分析l理化检验lB型9285号机车机破事故分析1铜陵车辆厂胡连春筐宝壶敏婉主题词丛分析霉彩幂奴1机破情况,铝裙号为96—196,材廉为LDI1,热加哈密机务段东言嚣的材质V24OZT~#"~gn1.:.=.昙40CrN,iMoE}盖赫盖,某兰鎏藿行笔恚蔓,条件要求为二嚣'柴油机第5缸的钢顶铝裙活塞,连杆,缸盖,"一……～……～缸套均破损,并影响到第13缸,造成其活塞,连杆,缸套破损.收集第5缸所有破碎件进行分析,认为机破事故首先源于柴油机的钢顶铝裙组合活塞.破损活塞的铝裙与钢顶已分离,铝裙经撞击形成1O多块碎片,钢顼仍然完好
2、,未发现有裂纹.但钢硬倾斜地卡死在缸套上部,一侧硬住缸盖过桥筋处,无法拆检.故用电焊在钢顶中部熔下约12Omm的一块,余下部分从直径方向剖为两部分后拆下.观察解体后的活塞钢顶,可见连接活塞钢顶与铝裙的4根螺栓均已断裂,并在随后的撞击中造成弯曲和擦伤(图1).因此,活塞的破损与连接螺栓断裂和铝裙破碎有关.该柴油机所装钢顶铝裙组合活塞运行里程仅为19.978万km.2铝裙断裂分析2.1铝裙化学成分在碎片上钻取样屑进行化学成分分析,其结果见表1.衰1铅话化学庳分siMgCaNiFeAI11,501,190,790,720.27案量可见铝裙碎片的化学成分符合LD1
3、1技术条件.2'2铝裙组织分别从铝裙止口部位的碎片和销孔座处的碎片上截取金相试样,其组织分别如图2,图3所示.金相检验表明,铝裙组织正常,无过热现象.由此推断铝裙是在机破过程中因活塞采用这种形状,性能得到了改善,但活塞外圆型线的加工却非常困难.我们选择了长秒国防科技大学研制的PTc一活塞型线车削装置"来加工.该装置是在J1MK430车床上加一套数控系统,根据编制的程序予以加工.使用该装置可使活塞型线数据和标准数据偏差保证在0.015mm之内,椭圆度和标准偏差可保证在0.02mm之内.如果需要更换产品,只需重新编制程序,即可加工出新的产品.它是国内目前加工精
4、度最高,加工效率最高,而且较为经济的靠模装置.组合活塞加工工艺复杂,质量要求高.几年来,我们逐步形成完善的工艺,使活塞质量得到了很好的保证.(收稿日期1997—10--25)机车车辆工艺1998年第1期撞击而破碎的.圈1解体后的话塞铜礓形貌图2铝裙止口处组织(硅呈小颗粒状,升布较均匀,无恃态组织)×100图3铝裙惰孔魔赴坦飒(硅量小囊粒桃,有少量枝晶收组摹1)X1003蠕检断裂分析3.1螺栓的断口分折由图l可知,4根连接螺栓均巴断裂,用线切割机分别沿钢顶残余的4根螺栓中轴线切开,可见断裂位置均在钢顶与铝裙组合界面处(图4).经检查,4根螺栓与钢顶配合长度为
5、13.6mm~14.4nlⅡl,符合组装要求.由于机破过程中的碰撞,多数螺栓断口已受损伤,分折其断裂性质较困难.经宏观检验发现,在1螺栓的断口上仍能看出疲劳断裂迹象,疲劳镭e位于螺栓的螺纹齿根部,断口面上疲劳断裂区约占整个断口的2/3,其余为瞬时断裂区(图5).圉4螺挂断口位置圉5有疲劳断裂琏象的1螺挂断口应用PHILIPS公司的XL30型扫描电镜进行断口微观形貌分折,1螺栓断口形貌见图'6,断口可分为疲劳源区(A),疲劳扩展区(B)及瞬时断裂区(c)等三个区域.图7为疲劳扩展区的放大形貌,其疲劳辉纹较清晰.图8为瞬时断裂区的韧窝形貌.圉61螺栓断口形貌×
6、12机车车辆工艺1998年第1期图7疲劳扩展区的蛊劳辉蚊形象×2000图8瞬时断裂区的韧窝形貌×15003.2螺栓的化学成分钻取1断裂墚瞠牌屑,分析结果列于表2.裹21醑爱曩控化学咸分螺栓的化学成分符合技术条件.3.3螺栓的硬度在1断裂螺栓的螺杆部切取硬度试块,两端面磨平,测量表面和截面0.5r(r为螺栓半径)处的硬度,见表3.裹3蠕控硬度I-IRC螺栓表面硬度低于技术条件,截面硬度也处于技术条件的下限.3.4螺栓组织图9为1断裂螺栓螺纹齿顶部金相组织,无氧化脱碳现象.疲劳源附近的螺纹根部可见到有沿齿尖方向发展的次生裂纹(图10),螺栓的基体组织(图11)
7、为回火索氏体,中间白色小块为贝氏体的回火组织,说明螺栓在热处理时淬火冷却速度较慢.4分析讨论(1)经残体分析认为,东风B型9285号机车机破事故首先源于柴油机的钢顶铝裙组合活塞.而活塞的破损与连接螺栓断裂和铝裙破碎有关.(2)铝裙的化学成分符合技术条件,基体组织中未发现粗大硅相颗粒和严重枝晶结构,也未见到过热,过烧现象,这表明铝裙模锻工艺和热处理得当.从而说明铝裙破碎是在机破过程中撞击造成的.圈91断袭鼻栓螺纹齿顶部盒相组筝l×40(3)经扫描电镜分析,1螺栓断口具有疲劳断裂的特征,疲劳辉纹较清晰}疲劳源位于螺栓的螺纹齿根部.可以判定活塞的破损是由于其钢顶
8、机车车辆工艺1998年第1期圈10螺垃齿根部裂纹厦变形组缀X155
