车轮断裂原因分析

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1、车轮断裂原因分析摘要：通过无损探伤检测、化学成分检测、扫描电镜和金相分析等方法对车轮断裂原因进行了失效分析.结果表明，由于车轮存在内部气泡缺陷，且车轮材料韧性很差，当锻造或正火处理冷却速度过快时，在缺陷部位形成应力集中，产生开裂源。关键词：车轮失效分析缺陷0引言某钢厂生产的①600伽车轮在运输过程中发生开裂，该车轮材质为65#钢，制造工艺为锻造一正火一机加一车轮踏面喷水淬火。为了寻找车轮开裂的原因，我们从宏观和微观断口形貌、材料金相组织及成分等方面对其失效原因进行了分析。1宏观检测开裂车轮断口样品宏观形貌如图1所示。断裂沿车轮径向扩展，断裂部位无宏观塑性变形。图中上表面均为

2、断面。■图12无损探伤检测用PXUT-350B+超声波探伤仪，B4S-N探头对送检样品进行了超声波检测，检测结果为：在样品中间部位（车轮壁厚心部位置）深约45~70mm之间发现最大当量为①4左右的单个不连续缺陷。3化学成分检测化学成分检测结果如表1所示，符合GB/T699-1999标准屮65#钢的成分规左。表1化学成分分析结果■4力学性能检测在非缺陷区截取了拉伸和冲击试样，所得力学性能检测结果如表2所示。检测结果显示，车轮样品抗拉强度及延伸率符合技术条件要求；冲击吸收功(AKU)很低，说明材料韧性很差(冲击试验样品断口边缘无宏观塑性变形)。踏板表面硬度平均值为36.3HRC

3、,心部位置硬度平均值为37.7IIRC,符合技术条件(HRC：33.1-41.8)要求。表2力学性能检测结果与技术条件比对表■5断口检测断口宏观形貌如图2所示。用H立S-3400N型扫描电镜对断裂源区微观形貌进行了检测，结果如图3~7所示。宏观小亮面位置未显示断面特征(见图3〜7),是锻造变形后的气泡缺陷表面［1］。6金相检测6.1取样低倍组织检测样品在缺陷区域截取，金相组织检测样品取自硬度检测样品O6.2低倍组织检测低倍组织检测结果如图8所示，依据GB/T1979-2001标准评定，存在内部气泡缺陷，与断口微观检测结果吻合。■图8低倍组织X16.3金相组织检测金相组织检测

4、结果如图所示。依据GB/T10561-2005标准评定，非金属夹杂物检测结果:Al.Oe,B0.5,CO,DI.5eo表层组织细密，为细珠光体+少量铁素体，不是淬火组织；心部组织为细珠光体+少量铁素体［2］。7检测结果分析7.1断裂车轮化学成分符合技术条件规定；力学性能检测结果中冲击吸收功很低，说明车轮材料韧性很差。7.2超声波探伤检测发现送检样品心部位置存在当量为①4左右的单个不连续缺陷。经对该部位进行低倍组织检测发现，该部位存在小裂纹状内部气泡缺陷。内部气泡缺陷的存在割裂了基体组织，易在车轮锻造及正火过程中，特别是热处理残余应力较大时，产生应力集中，引发开裂［3］。7.

5、3车轮金相组织踏面表层及心部组织均为细珠光体+少量铁素体，说明车轮在锻造或正火处理时的冷却速度较快，导致了材料强度和脆性的增人。踏面硕度虽符合技术条件耍求，但其组织不是淬火组织。8结论由于车轮存在内部气泡缺陷，且车轮材料韧性很差，当锻造或止火处理冷却速度过快时（产生较大残余应力），在缺陷部位形成应力集中，产生开裂源。当裂纹扩展超过车轮外层材料强度时，导致车轮瞬时脆性断裂。参考文献：[1]亨利G,豪斯特曼D.宏观断口学及显微断口学[M].北京：机械工业出版社,1990：46-59.[2]上海市机械制造丁艺研究所•金相分析技术[M].上海：上海科学技术文献出版社，1987：22

6、7-237.[3]王仁智，吴培远•疲劳失效分析[M]・北京：机械工业出版社，1987：77.