在役火车车轴超声波探伤及质量研究

　　1　前言

　　目前,马钢铁运公司拥有300多列货运火车,分别承担着马钢内部各个分公司繁重的原材料、物资和产品的运输任务。长期以来,这些火车的运行状况比较恶劣,超载或严重超载运行的情况十分普遍。随着近年来马钢生产的快速发展,铁运公司货运火车的运输压力将进一步加大,机车和车辆运行的安全性越来越引起马钢公司的关注。由于没有充分的研究工作的支持,车轴在什么条件下可以保证火车的安全运营并实施等级维修制度,尚无一定的规范依据,根据国标在役车轴超声波探伤TB/T 2492.2-1994《轨道车辆车轴探伤方法》也未能明确超过几级人工缺陷为不合格。

　　而且现有的车轴冶金制造技术不可能完全杜绝缺陷的产生,而在火车运行中车轴原有的冶金缺陷又会不断扩展,同时新的缺陷还会不断产生,等等这些,就使得车轴在使用过程中的探伤显得尤为必要。特别是在马钢内部货运火车长期超负荷运行的情况下,实现对车轴的无损检测,用以经常性地监视车轴质量状况,消除事故隐患,避免财产损失,确保火车安全运行,更是势在必行。

　　2　车轴切轴原因分析

　　车轴是火车的重要运动和承载部件,其质量优劣对保证火车的安全运行起着至关重要的作用,一旦引发事故,往往是灾难性的。引发铁路货车事故的车轴缺陷的主要原因是,在车轴用钢的冶炼和加工过程中,往往会在车轴的表面、R部位和内部产生一些气孔、砂眼、夹杂物和划痕等缺陷。由于这些缺陷的存在,在火车运行过程中造成了车轴应力集中,在应力集中区域金属的承载能力较小,极易延展出小裂纹,而在裂纹端头又会形成新的应力集中。在连续承载情况下,裂纹不断地扩展,使金属能够传递应力的部分越来越少,直至剩余部分不足以传递载荷时,金属构件即彻底崩溃,灾难性事故也就随之发生了。

　　因此可见,车轴事故是遵循“应力集中—裂纹—新的应力集中—裂纹扩大—车轴破坏”的恶性循环过程发展而来。

　　“轮—轴”的疲劳断裂是极其复杂的环境疲劳问题,所有车轴断裂事故的失效分析结果表明:不仅存在机械交变载荷作用,而且交织有环境污染,以及随列车与气候温度变化(-10℃～200℃)和高温车轮装退: 20℃～1200℃、车轴等众多原因造成车轴断裂(见图1)。

　　车轴断裂形式大多为疲劳断裂,由于试样周围磨损严重,无法判断疲劳源位置。疲劳初始阶段由于磨损较多,疲劳条纹不明显,其高倍形貌见图2。在接近快速断裂区的疲劳区可见大量疲劳条纹,其高倍形貌见图3。快速断裂区形貌为准解理,见图4。在车轴上用金相方法分别取断裂处和非断裂处的试样,其结果表明:断裂处,靠断裂面附近有2.5级脆性夹杂,其附近组织铁素体带较严重,其余处硫化物为2.5级,基体组织为铁素体+珠光体且部分铁素体呈带状分布。非断裂处,试样上非金属夹杂较多,基体组织为铁素体+珠光体+针状铁素体且部分铁素体呈带状分布。车轴上夹杂物类型见表1。