某铸件吊耳开裂失效分析

牛步钊，王杰

（1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111；2.南京中车浦镇海泰制动设备有限公司，江苏 南京 211800）

1 概述

某铸件吊耳在压装衬套过程中，发现有1件开裂。如图1所示。

图1 开裂件外观

来说，即开裂位置位于铸件吊耳处，孔和衬套为过盈配合（孔和衬套尺寸均合格），开裂件外观可看到明显痕迹。

2 失效分析

2.1 磁粉探伤分析

按照EN1369标准要求对开裂件及完好件进行磁粉探伤。开裂件的开裂部位吸磁较为明显，在荧光下呈白亮色，其他部位未见明显条带状显示，有点状显示；完好件表面未见裂纹，有点状显示，点状显示为铸造疏松。其中，磁粉探伤开裂件如图2所示；磁粉探伤完好件如图3所示。

图2 磁粉探伤开裂件

图3 磁粉探伤完好件

2.2 宏观断口分析

对开裂件开裂部位人工打开，在显微镜下观察其宏观形貌，具体如图4所示。

图4 开裂件宏观断口

从图4开裂件宏观断口可以看出：开裂件断口的断面边缘呈铁灰色，内部呈铁锈色，边缘呈圆角形貌，较为光滑，断面上有石状结晶，中间铁锈色为熔合区，在安装时形成过载断裂，熔合区约占整个断口的1/2。

2.3 微观断口分析

现对开裂件进行扫描电镜微观断口分析，具体分析图片如图5、图6所示。

图5 开裂微观断口分析图

图6 人工打断断口微观分析

图5 、图6显示了开裂件及人工打断断口微观形貌特征。从中可看出：断口微观形貌较为复杂，边缘氧化较为严重，部分断口呈泥状花样，熔合区部位呈准解理+解理+浅韧窝，圆点为球状石墨，开裂件人工打断断口为韧窝特征。

2.4 显微组织分析

对开裂件断口处和完好件取样，腐蚀剂选用4%硝酸酒精溶液，试样制备依据GB/T13298进行，对制好的试样进行金相分析，具体分析结果如图7、图8所示。

图7 开裂件显微组织

图8 完好件显微组织

图7 、图8显示了开裂件及完好件显微组织特征。依据GB/T9441-2009《球墨铸铁金相检验》开裂件球化率为3级，石墨大小为7级，符合标准要求球化率不低于4级，石墨大小等级6～8级要求，断口内部存在微裂纹，球状石墨周围为白色铁素体呈牛眼状，牛眼状球状石墨周围为珠光体，部分组织呈共晶莱氏体；完好件球化率为3级，石墨大小为6级，显微组织为牛眼状石墨和珠光体组织。开裂件及完好件均未见过热、过烧现象。

2.5 性能验证分析

对开裂件和完好件力学性能验证，具体试验结果如表1所示。

表1 力学性能

完好件与开裂件相差27HBW，强度相差51MPa，抗拉强度和伸长率均满足标准值要求。

3 失效结果

从磁粉探伤结果来看，除开裂处显影明显外，其余均为疏松及皮下气泡等铸造缺陷；断口边缘呈光滑圆角，开裂件未熔合部分约占整个断口的1/2，断面均呈光滑圆角形貌，未熔合区域约占整个断面的3/4；微观断口较为复杂，断面未熔合区氧化较为严重，断面瞬断区呈准解理、解理和韧窝形貌；显微组织球化率和石墨球大小满足标准要求；开裂件及完好件抗拉强度和伸长率满足标准要求。从开裂件宏观断口和微观断口分析，开裂件符合铸造冷隔缺陷特征：形状呈液体流动时的形状，单挑光滑、边缘呈圆角。通过询问其铸造工艺，每炉铁水需要浇铸256个产品，当最后一个产品时，铁水的流动性变差，铸件吊耳为整个铸件截面最薄处，造成两股金属液未完全熔合而存在明显的不连续性缺陷。在装配时，由于衬套的持续压入，造成最终开裂。

4 结语

综上所述，该铸件在压装衬套过程中吊耳开裂原因为铸件存在冷隔缺陷。建议后续对现有铸造工艺进行适当改进；对铸造后的产品进行100%磁粉探伤，以剔除缺陷产品。