谈贝氏体钢轨铝热焊接头缺陷及原因分析

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1、铁道建筑2014年第1期RailwayEngineering117文章编号：1003-1995(2014)01—0117—04贝氏体钢轨铝热焊接头缺陷及原因分析赵国，李力，丁韦(中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京100081)摘要：对一种新型的贝氏体钢轨铝热焊接头进行疲劳试验后，在轨头部位熔合区出现大面积的沿晶裂纹。针对裂纹出现的原因进行了扫描电镜、电子探针等分析，分析发现该区域原奥氏体晶粒粗大且会发生奥氏体向高碳马氏体转变，导致不均匀应变，最终在外力作用下，形成沿晶断裂。虽然在熔合区出现了脆性相，但接头的宏观力学性能仍能满足现行铁路标准的要求。特别是在出现了大面积

2、裂纹后，贝氏体钢轨仍能通过疲劳实验，而不出现裂纹扩展断裂。这说明对贝氏体钢轨接头套用珠光体钢轨接头标准不可取，需作适当调整。关键词：贝氏体钢轨铝热焊接缺陷分析碳迁移沿晶断裂中图分类号：U213．4文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2014．01．34随着我国重载铁路的飞速发展，钢轨及其焊接接如果不能解决贝氏体钢轨的焊接问题，贝氏体钢轨在头的伤损及磨耗日益严重。以大秦重载铁路为例，在重载线路的应用就会受到限制。本文对送检的贝氏体曲线半径<800In的地段，钢轨上线6～8个月，曲线钢轨铝热焊接头进行了检验，并对检验中出现的缺陷上股侧磨就达

3、到了17～19mm，不得不提前下道。此及原因进行了分析，以期推进贝氏体钢轨的上道应用。外，在2003年至2007年大秦铁路运量大提升的五年里，钢轨核伤现象就由117处激增至2675处⋯。种种1焊接用材料及成分现象表明，传统珠光体钢轨的综合机械性能已经不能满足重载铁路发展的需要。近年来，新型贝氏体钢轨因其试验研究的焊接接头为贝氏体钢轨与U75V珠光优异的综合力学性能，引起了科研人员的广泛关注。研体钢轨的异种钢焊接接头，焊接用焊剂采用U75V钢发贝氏体钢轨成为重载铁路钢轨进一步发展的方向。轨用施密特焊剂。该贝氏体钢轨为新型空冷贝氏体钢然而，贝氏体钢轨作为一种与传统珠光体钢轨组

4、轨，添加的合金元素有Si，Mn，Cr，Ni，Mo等。其厂家织性能差别非常明显的钢轨，其焊接性能还有待研究。提供的力学性能见表1。表1厂家提供的贝氏体钢轨性能铝热焊冲击试验除按标准取样外，还在熔合区进行了2试验结果与分析冲击试验，将U型冲击缺口置于熔合线上。结果见表3。疲劳试验支距为1in，载荷作用于支距中间焊缝主要参照铁道行业标准TB／T1632．3—20O5对该处。试验频率为5Hz，力循环系数为0．2。试验结果贝氏体钢轨铝热焊接头的性能进行了试验，以验证贝见表4。氏体接头性能是否满足线上使用要求。焊接接头拉伸由表2～表4可知，该贝氏体钢轨铝热焊接头的试样直径为10mm，

5、标距为50mm，试验结果见表2。拉伸及疲劳性能符合铁路行业标准，只有焊缝冲击韧性略低于规定。如此看来，试验用焊接接头的性能基收稿日期：2013．06—20；修回日期：2013．09．25本符合线上使用要求。然而在利用疲劳试验后铝热焊基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2012G011．C)接头进行残余奥氏体稳定性分析时，发现3根接头中作者简介：赵国(1988一)，男，湖北荆州人，研究实习员，硕士研究生。有2根轨头部位出现了大面积裂纹。l20铁道建筑3．3电子探针分析金相照片中熔合区电子探针分析的目的是了解和分析熔合区组织出深色组织现差异性的原因。从接头上截取大小为15m

6、m×10mm×10mm的长方形试样，利用JXA-8100电子探针微量分析仪沿钢轨横向进行线扫描。分析元素包括C，A1，Mn，Ni，Si，Cr，Mo等，结果见图5。：＼I熔一合．区熔合i线金茹相芬照镁片菜中出现磺图6接头简化示意通过扫描电镜分析断口形貌，排除了晶界析出物；通过能谱分析晶界，排除了P，S，As等杂质元素在晶界富集，因此，可以认定出现沿晶断裂的原因是：熔合区受过热影响，原奥氏体晶粒严重粗大，随后起裂区在空冷条件下产生淬火高碳马氏体，在外力的作用下，造成沿晶断裂。4结论1)采用珠光体焊剂焊接贝氏体钢轨时，在熔合线附近会出现一个过渡区，该过渡区宽度在1mm左右。图5

7、电子探针线扫描结果在正常冷却速度下该区域会出现部分高碳马氏体组织，导致焊接冷裂纹。裂纹走向垂直于熔合线，与焊接在图5中，左侧为母材热影响区，中部约6mm处接头热影响区中偏析带走向一致。为熔合线，右侧为铝热焊焊缝区。由图5可知，两侧元2)断口呈现沿晶形貌的原因是：该区域原奥氏体素含量有明显的差异，分布也出现几种不同的情况。晶粒粗大且会发生奥氏体向高碳马氏体转变，导致不首先，c元素含量在图中5～7mm处呈现明显的坡形均匀应变，最终在外力作用下，形成沿晶断裂。过渡区，两侧含量差别明显。其次，Mn，Ni，Cr，Mo等3)虽然在熔合区出