货车断轴机理与失效分析

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1、货车断轴机理与失效分析货车断轴机理与失效分析作考：铁道部安全监察司毛庆祥摘要：介绍了两起货车轴颈断裂事故的概况，对断口特征和断裂原凶作了分析并提出防止对策、建议。主题词：货车轴颈断裂原因分析继1986年、1993年各发生-•起客车轴颈卸荷槽部位断裂事故之后，1996年又发生两起货车该部位断裂事故，造成严重后果和巨大损失。这再一次捉醒我们，在防止车轴冷切方面，轴颈卸荷槽部位千万不要忽视。1事故概况（1）1996年9月3日，7419次货物列车编组60辆、总重50011,运行到京广下行线石桥——临颖间，因机后25位C62.M型739221号车（装煤60t）第3位

2、轴颈卸荷槽部位断裂后脱轨，使该车及机后26〜43位货车脱轨颠覆，构成重人事故。该事故车于1996年1月15日做段修,装用转8A型转向架、RD2型车轴,断轴轴号15147;该轴1983年7月制造,同年8月第一次（也是最后一次）组装，断裂端轴承为1991年10月压装的人修轴承（至段修H已4a90d）,段修时未退卸轴承，应对■轴颈卸荷槽实施超芮波探伤。断裂位置在距轴端约195mm处。（2）1996年11月3H,2379次货物列车，列车编组42辆，总重3519t0运行到兖石线朱宝——红埠寺间，因机后23位C64型4826680号车（装煤60t）第3位轴颈卸荷槽处断

3、裂后脱轨。事故车装用转8A型转向架，RD2型车轴，断裂端轴承于1994年11月压装，段修时未退卸。该车于1996年10月24口段修，至事故发生Z口运行仅10do车轴是1986年9月日木制造，轴号69393,1987年4月9日国内第一次组装，1994年10月10日第二次纽装。断裂位置距轴端约201mmo2断口特征及材质检验（1）15147号轴断口形貌及示意图分别见图1、图2。断口由疲劳源区、裂纹扩展区、脆性断裂区三部分组成，其中裂纹扩展区又可分为慢速扩展区和快速扩展区，慢速扩展区疲劳纹细密，也称疲劳核。快速扩展区疲劳纹比较粗，是典型的高周疲劳断裂。疲劳源区范

4、I韦I较人，呈半环型，锈蚀严重、色泽很深（图1中因拍照光线不当而失真）。在该区内可见几个小阶台，是不在同一个截面上的几条裂纹萌生扩展和会后形成的，说明是多源的。仔细观察共有四个裂纹源。按照裂纹扩展的路线确定源区1为主裂纹源，英余为次裂纹源。主裂纹前牛后开始扩展，次裂纹在小范I韦I内独立扩展后与主裂纹交汇。此时次裂纹扩展受到抑制，而主裂纹继续扩展，直至断裂。裂纹扩展区冇明显的贝状疲劳扩展线，由此可看出主裂纹的扩展方向。在扩展区内与脆断区交界处上方有一块明显锈痕，色泽校深，是轴颈断裂Z前形成的。这可能由左边源区（图1）进水，因午轴转动甩开形成这个形状，经过一段

5、时间氧化而成的。图1屮脆断区内的条纹是撕裂棱，不是裂纹。脆断区的面积约占断面面积的34%。观察断口的侧面，即轴颈卸荷槽表面，沿圆周方向有腐蚀麻点，大的呈坑状，直径和深度均小于1mm,统称为腐蚀坑。腐蚀坑与裂纹源有对应关系。主裂纹、次裂纹都是从腐蚀坑底部萌&的。经高倍显微镜观察，在断裂面附近的腐蚀坑底部冇小裂纹存在。-1-(2)69393号轴的断口是单源疲劳断裂，形貌比较特殊。由图3可以看出，在旧痕扩展区下方的新痕区内，仍可看到明显的贝状疲劳扩展线，因此也是扩展区，不包括在脆断区Z内。实际的脆断区如图4所示，其血积只点整个断面的11%,脆断区有明显的剪刀廉，

6、这种断口是罕见的。断口源区附近侧表面有明显的横向条状腐蚀痕，深度约为0.1mm〜0.2mm,还可见到车削刀痕。(3)15147号轴断裂实物，由检验部门作了检验分析。其化学成分、机械性能、晶粒度等均符合规定。说明该轴的断裂不是材质不良引起的。回顾历年车轴断裂案例，因材质不良引起的疲劳断裂很少见。3原因分析(1)由断口分析可知，15147号轴裂纹是从蚀坑底部萌生的，源区乂无其他缺陷，因此，可以认为，轴颈农血蚀坑的存在是导致疲劳断裂的引发因索。试验研究衣明，试样表而腐蚀后形成的坑状缺陷，其疲劳极限比光滑试样明显下降。下降的幅度同蚀坑的直径、深度、底部的曲率及加载

7、方式有关。试验述表明，在同样的表而腐蚀的情况下，以旋转弯曲载荷的疲劳极限下降最多。蚀坑不同丁•机械损伤造成的坑状缺陷，主要是底部存在着微观缺口。蚀坑半球壳形的几何形状和这种显微缺口的叠加引起微区的应力集中，导致微裂纹萌生并发展成宏观裂纹，缩短了车轴的疲劳寿命。腐蚀底部的显微缺口，加人了应力集中系数，对裂纹的萌生起到推动作用。由于轴颈卸荷槽部位沿圆周较人范围内存在着蚀坑，它们同样由底部萌生裂纹，不在同截而的微裂纹扩展成大裂纹，各自形成疲劳源，这些裂纹继续扩展与主裂纹交汇，此后次裂纹扩展受阻，主裂纹在交变应力作用下继续扩展，直至断裂。水是普遍存在的化学介质，水

8、和大气中SQ2、H2、S等介质结合，生成酸性电解质，并在被腐蚀部位