案例分享：某動車組高度閥支架裂紋分析
某動車組在檢修時發現某車3軸側高度閥支架有開裂裂紋，當前運行公里數為3650504km，高級修后運行公里數為697447km；此支架的材質為06Cr19Ni10，板材厚度10mm，執行GB/T 4237標準。（1）現場取回高度閥支架的實物平面、側面形貌如圖1所示，實測支架兩端平行部分的高度尺寸比圖樣設計規定的尺寸小約5mm。
圖1 高度閥支架平面宏觀形貌
（2）支架上開裂的裂紋源是起始于其靠近雙螺栓孔側的內彎曲表面上，如圖2所示。
圖2 高度閥支架開裂裂紋的表面形貌
（3）高度閥支架裂紋打開，斷口呈多源疲勞斷口特征，如圖3所示。
圖3 原始斷口表面形貌
（4）實測高度閥支架板厚度10mm，符合設計圖樣要求。
高度閥支架的材質結果符合GB/T4237標準中06Cr19Ni10牌號不銹鋼的要求，如附表所示。
高度閥支架材質化學成分（質量分數）分析結果 （%）
其裂紋源均是起始于支架內彎曲表面上的表面凹坑處，測量其表面凹坑深度約0.745mm，如圖4所示。
圖4 裂紋源起始于表面凹坑區的斷口形貌
檢測材料內部其他區域的冶金質量良好，其基體金相組織為正常的奧氏體組織，如圖5所示。
圖5 基體組織形貌
通過分析結果看，高度閥支架的材質化學成分符合GB/T4237標準中06Cr19Ni10牌號不銹鋼的要求；金相檢測高度閥支架基體金相組織為正常的奧氏體組織。由于高度閥支架在彎曲成形后的內彎表面上承受的是壓應力，而實際上此高度閥支架的裂紋源是首先起始于其內彎表面上，這說明該高度閥支架的內彎表面在工作狀態下承受有拉應力，這是引起其形成裂紋的應力來源。分析此拉應力的來源有以下可能性：一是此高度閥支架彎曲成形后的實物結構尺寸與設計圖樣規定的結構尺寸存在有一定的制造誤差，這從實測支架兩端平行部分的高度尺寸比圖樣設計規定的尺寸小約5mm的結果中得到證實，這將導致高度閥支架在裝配過程中產生有拉應力；二是在工作狀態下承受有振動應力。
該支架選用不銹鋼板材的厚度為10mm，可以確定該支架是選用不銹鋼熱軋鋼板制造的。查GB/T4237不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶標準，對鋼板的表面供貨狀態有兩種：一是有軋制氧化皮，二是無氧化皮。根據宏觀檢查到板材表面較粗糙，可以確定該支架的板材表面是帶有軋制氧化皮的供貨狀態。該支架在彎曲成形制造過程中，其板材的內彎曲圓角表面上必然會發生部分軋制氧化皮被壓入表面內，這將不可避免地形成不規則且深淺不一的凹坑缺陷，而從支架斷口掃描電鏡觀察結果看，其裂紋源正是起始于這些表面上的不規則凹坑缺陷處，所以高度閥支架上的軋制氧化皮在彎曲成形被壓入材料表面內是導致該支架出現多源疲勞斷裂的內因。該高度閥支架上的軋制氧化皮在彎曲成形被壓入材料表面內，這是導致其產生多源疲勞斷裂的主要原因；其支架的結構尺寸制造誤差及產生的裝配拉應力屬于次要影響因素。
作者：劉曉琴，王大臣，逯連文，馬琳娜
單位：中車長春軌道客車股份有限公司質量保證部
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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