构架的母材失效分析

【摘  要】轨道车上的构架在运行三年后横梁的母材被拉裂，裂纹明显。采用宏观分析、化学成分分析、金相检验、力学性能检测等方法对裂纹进行了分析。结果表明：母材表面可见一条明显裂纹，断口表面可见少量沿晶断裂形貌，裂纹位置靠近横梁焊接部位，在热影响区发生了应力集中，是母材断裂的主要原因。

【关键词】母材、裂纹、断口分析;化学分析;金相分析

引言

构架在轨道车上起着非常重要的作用，承受并传递载荷及作用力，并使轴重平均分配，传递牵引力与制动力，缓冲外力冲击，确保在规定距离内停车，从而保证车辆的平稳性和安全性，使车辆有良好的直线稳定性和曲线通过能力。及时准确的分析出断裂原因，避免以后此类情况发生。

1.宏观分析

对送检样品进行观察，板材中间明显有一条主裂纹，并有多条次生裂纹。主裂纹贯穿整个壁厚，有些裂纹没有贯穿壁厚，裂纹内部可见大量氧化物。裂纹内氧化物主要由于裂纹形成后，后期缓慢扩展形成。垂直于裂纹方向对样品进行切割，可见F部位完好， E部位切开后沿裂纹处断裂为两截，断口氧化发黑，有褐色铁锈痕迹， 宏观照片见图1。

对E部位进行扫描电镜观察（图2），可见其断口上存在少量的沿晶断裂形貌，同时存在较多微裂纹及腐蚀形貌，样品外表面存在大量的微裂纹，微裂纹沿厚度方向，从表面向样品心部扩展，断口上观察到明显的疲劳断裂形貌。

母材在发生疲劳断裂前材料均会发生一定量的塑性变形，通过发生变形来释放一定水平的应力，长期反复疲劳积聚下达到一定程度后裂纹萌生。当其扩展超过灵界扩展尺寸时，在应力作用下产生显著的宏观塑性变形，最后缓慢扩展直至断裂。

对样品F部位端面进行宏观分析，见图3。可见左侧为方管（横梁）对接焊缝，距离焊缝不远处有一条贯穿而未渗透壁厚的细长裂纹。

2.金相分析

对样品进行母材金相组织分析，可见组织为铁素体+珠光体。样品由于经过多次焊接热循环，可见魏氏组织形貌，因其组织粗大而使材料的脆性增加，强度下降，出现组织转变的不均匀性以及不平衡的结晶凝固引起的物理与化学的不均匀性，在热影响区发生了应力集中，是母材断裂的主要原因，再经过交变应力的作用，直至断裂。金相组织见图4。

3.化学分析

从母材裂纹处切取一块样品，进行化学分析检测，结果见表1。结果表明：该母材化学成分符合GB/T700-2006《碳素结构钢》标准中对Q235B的化学成分规定。

4.力学性能分析

4.1硬度检测

对样品处理后进行维式硬度检测，结果表明：该母材平均硬度为128HV10，符合Q235B《碳素结构钢》标准中对Q235B力学性能的规定。

4.2拉伸试验

对母材加工后进行拉伸试验，结果见表2。结果表明：该母材拉伸试验检测值均符合GB/T700—2006《碳素结构钢》标准中Q235B力学性能的规定。

4.3冲击试验

对母材加工后进行冲击试验，结果见表3。结果表明：此母材冲击试验检测值均符合GB/T700--2006《碳素结构钢》标准中Q235B力学性能的规定。

5.结果分析

该构架母材化学成分和力学性能均符合GB/T700--2006《碳素結构钢》标准要求，母材表面可见一条明显裂纹，断口表面可见少量沿晶断裂形貌，裂纹位置靠近横梁焊接部位，出现组织转变的不均匀性以及不平衡的结晶凝固引起的物理与化学的不均匀性，在热影响区发生了应力集中，是母材断裂的主要原因。

参考文献

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作者简介：杨秀洁（1979.10-），女，汉，陕西宝鸡人，工程师，从事理化检测研究。