鄧榮杰，肖 峰

(馬鋼股份公司車輪公司 安徽馬鞍山 243000)

一臺SS4機(jī)車檢查時發(fā)現(xiàn)1位、2位輪對的J320(U)輪箍踏面損傷，2輪對的4件輪箍踏面均可見一段長條魚鱗狀缺陷，缺陷的一端可見一擦平區(qū)，同輪對的兩件輪箍踏面缺陷具有對稱性，損傷外觀見圖1，為了深入分析輪箍踏面損傷的原因，將損傷嚴(yán)重的輪箍進(jìn)行拆卸，對失效輪箍進(jìn)行常規(guī)對標(biāo)檢驗、缺陷低倍檢驗及顯微組織分析，損傷踏面維氏硬度檢驗。

圖1 輪箍踏面損傷形貌

1 檢驗取樣

選取代表性1位輪對的1件輪箍進(jìn)行解剖分析，將輪對右側(cè)輪箍編號為A輪箍檢驗分析如下：

對標(biāo)檢驗：在A輪箍按TB/T1882-2001進(jìn)行檢驗，檢驗內(nèi)容為：化學(xué)成分(A1)、低倍檢驗(A2)、拉伸性能(A3)、斷面硬度(A4)、沖擊性能(A5)、金相(A61、A62、A63)對標(biāo)檢驗。

缺陷分析：在A輪箍的損傷踏面缺陷金相分析(損傷起始處：A71；損傷延伸處：A72)，斷面硬度檢驗(A8)、踏面低倍酸洗試驗(A9-1、A9-2)；

高溫力學(xué)試驗：在A輪箍上進(jìn)行室溫及系列高溫拉伸試驗

2 檢驗結(jié)果

2.1 化學(xué)成分

A輪箍化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 低倍檢驗

A輪箍橫、縱向低倍組織正常(見表2)，檢驗結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 成品化學(xué)成分分析結(jié)果 (wt%)

對輪箍損傷踏面酸洗后，缺陷起始處和缺陷延伸區(qū)均存在熱影響區(qū)域(灰黑色區(qū)域)，形貌見圖2。

表2 低倍檢驗結(jié)果

圖2 損傷踏面酸洗后形貌

2.3 力學(xué)性能

輪箍斷面硬度、輪輞拉伸、沖擊符合標(biāo)準(zhǔn)要求，損傷區(qū)域與非損傷區(qū)域斷面硬度無明顯差別，檢驗結(jié)果見表3。

表3 力學(xué)性能檢驗結(jié)果

輪箍進(jìn)行了高溫拉伸試驗，拉伸試驗溫度升高，延伸率升高，抗拉強度下降，檢驗見圖3。

圖3 輪箍抗拉強度與試驗溫度的關(guān)系

2.4 金相檢驗

2.4.1 常規(guī)金相檢驗

輪箍正常部位取樣進(jìn)行金相檢驗，檢驗結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體檢驗情況如下：

顯微組織：輪箍踏面表層存在輪軌碾壓的變形組織，深約1.4 mm；顯微組織為細(xì)珠光體+少量鐵素體，見圖4。

圖4 顯微組織照片

非金屬夾雜物：非金屬夾雜級別符合標(biāo)準(zhǔn)要求，檢驗見表4。

表4 非金屬夾雜檢驗

2.4.2 損傷區(qū)域金相檢驗

兩件輪箍在踏面缺陷處取樣進(jìn)行缺陷金相分析，檢驗情況如下：

A71(損傷起始處)：近表面存在多條平行于踏面裂紋，裂紋深度約2.16 mm，形貌見圖5；組織有馬氏體、貝氏體、屈氏體等混合組織；損傷踏面存在可見最深約6.6 mm熱影響層，宏觀形貌見圖6；熱影響層由表及里顯微組織依次為：最表層組織為深度約0.3 mm的馬氏體層；接著為深度約5.5 mm的馬氏體、貝氏體、屈氏體、索氏體等混合組織，混合組織不均勻；熱影響層與基體組織分界處存在深度約0.8 mm細(xì)晶區(qū)，顯微組織為細(xì)珠光體+少量鐵素體，局部珠光體?；换w組織為細(xì)珠光體+少量鐵素體；試樣由表及里顯微組織見圖7。

A72(損傷延伸處)：踏面表層為深約0.36 mm馬氏體，表層組織存在1.2 mm變形。

檢驗踏面損傷區(qū)域由表向里維氏硬度梯度見圖8。

圖5 踏面裂紋宏、微觀形貌(a：裂紋宏觀形貌；b：裂紋微觀形貌)

圖6 踏面熱影響層宏觀形貌

圖7 熱影響層由表向里的顯微組織(a:表層馬氏體層；b：次表混合組織層；c:與基體分界處細(xì)晶區(qū)；d:基體)

圖8 自踏面向里顯微硬度梯度

損傷起始處與損傷延伸處均可見熱影響層，熱影響層組織為淬火、不完全淬火、回火組織，熱影響層的硬度明顯高于基體硬度。

3 分析與討論

常規(guī)各項對標(biāo)檢驗結(jié)果均符合TB/T 1882-2001要求，輪箍缺陷處的斷面硬度與正常處相比無明顯差異。

機(jī)車在運行制動時，由于車輪、輪箍與鋼軌強烈摩擦造成的熱傷損。車輪或輪箍與鋼軌之間出現(xiàn)局部摩擦或滑動摩擦，摩擦高熱導(dǎo)致車輪或輪箍表面金屬相變，出現(xiàn)硬而脆馬氏體[2]。兩件輪箍踏面損傷應(yīng)屬于制動擦傷，機(jī)車在制動過程中形成輪箍踏面高熱而奧氏體化，在隨后的運行過程形成風(fēng)淬，轉(zhuǎn)化為硬而脆的馬氏體，再往內(nèi)部，風(fēng)淬冷卻速度現(xiàn)對變?nèi)酰瑴囟纫蚕鄬Ρ韺訙囟鹊?，風(fēng)淬組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體、貝氏體、屈氏體、索氏體等混合組織，由于產(chǎn)生高熱的時間短，鋼奧氏體化后成分均化時間短，生成的混合組織存在不均勻；制動加熱過程時間非常的短，升溫速度快，為奧氏體化細(xì)晶轉(zhuǎn)換提供驅(qū)動力，因此與基體組織分界處生成細(xì)晶粒區(qū)，形成較細(xì)的晶粒層，在該層同時存在珠光體粒化，由此判定在該處在奧氏體兩相區(qū)轉(zhuǎn)變，這也是判定輪箍在運行過程中受到高熱的特征，由圖8中熱影響層與基體層的維氏硬度明顯不同，熱影響層的維氏硬度明顯高于基體層。

損傷起始處的擦平區(qū)與延伸區(qū)魚鱗狀條帶區(qū)均可見熱影響層，因此該區(qū)域輪軌摩擦熱使踏面溫度超過鋼的相變點，由高溫力學(xué)性能可知，輪箍在相變點溫度的強度較室溫的強度大幅下降，在輪軌滾滑過程中踏面表層金屬不斷發(fā)生塑性變形而形成魚鱗狀缺陷。

制動擦傷是常見的車輪缺陷之一，根據(jù)UIC B 169/DT 405標(biāo)準(zhǔn)[3]造成擦傷的一些可能的因素如下：

線路條件：如大下坡長時間制動、彎道、輪軌粘著力降低；

氣候因素：軌道濕滑，特別是秋冬季；

操作原因：不當(dāng)制動、速度過快時加大制動力；

制動問題：制動系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況,如引起緊急制動，制動后緩解不良，制動力過大等情況，制動器調(diào)節(jié)不當(dāng)；

軸承故障(略)。

4 結(jié)論

輪箍踏面損傷屬于制動剝離[2]，輪軌滾滑是形成魚鱗狀損傷的原因，魚鱗狀損傷起始擦平區(qū)與延伸區(qū)均存可見熱影響層，魚鱗狀損傷缺陷由于輪軌滾滑摩擦生熱使踏面金屬被加熱，加熱表面金屬強度大幅下降，金屬被沿踏面拖拽或堆積形成；

輪箍在輪軌滾滑過程中摩擦產(chǎn)生高熱，使輪箍表層金屬發(fā)生相變，在風(fēng)淬的作用下形成熱影響層，熱影響層由表向里分別形成馬氏體層、混合組織層(馬氏體、貝氏體、屈氏體、索氏體等混合體)、及細(xì)晶粒層，細(xì)晶粒層伴隨具有熱影響特征的粒狀珠光體；

熱影響層的維氏硬度明顯高于基體。

輪箍損傷屬于運行過程中產(chǎn)生，通過鏇修等機(jī)械加工手段去除后輪箍可以繼續(xù)使用。