La spina trasversale è un componente importante dell'asse universale del motore a combustione interna della locomotiva.Il materiale del perno trasversale è di acciaio in lega 20CrMnTi di alta qualità., e il processo di trattamento termico è carburante e trattamento di spegnimento.I ricercatori hanno usato una serie di test fisici e chimici per analizzare le cause della frattura per evitare che tali problemi si ripetessero.

1 Esami fisici e chimici

1.1 Osservazione su larga scala

La croce rotta viene pulita con l'ecografia e la morfologia macroscopica della frattura è mostrata nella figura 1.vi sono due fonti principali di crepe e due fonti secondarie di crepe (cfr. area A nella figura 1), e ci sono strisce di stanchezza distribuite sulla sezione.che si estendono dalla piattaforma del camfer alla zona di transizione dell'arco del camfer (cfr. figura 2)- secondo la sentenza pregiudiziale: la spina trasversale nell'utilizzazione di tensioni alternate di piegatura.le due fessure principali si estendono da entrambi i lati verso il centro (cfr. area b nella figura 1)Un'ulteriore osservazione mostra che l'area principale della fonte di crepa nella parte superiore della figura 1 è relativamente chiara,e il tasso di espansione principale di crepa nella parte superiore è più veloce di quella nella parte inferioreL'area c della figura 1 è l'area di frattura transitoria.Secondo la sentenza preliminare del percorso di estensione della crepa, la fonte di frattura del perno crocefatto appare nel sito della camma, e la modalità di frattura è la frattura da fatica da più fonti.

1.2 Analisi della composizione chimica

L'analisi della composizione chimica dei campioni incrociati è stata effettuata con uno spettrometro a lettura diretta e i risultati sono riportati nella tabella 1.la sua composizione chimica soddisfa i requisiti di GB / T 3077- -2015Acciaio strutturale in lega.

1.3 Prova metallografica

Il campione di fase aurea è stato prelevato nel sito della frattura e posto sotto un microscopio ottico per l'osservazione, mostrando una crepa in zigzag con una profondità di circa 1,05 mm nella zona della camma del perno trasversale,e di dimensioni maggiori e strisce di MnS mescolate sulla superficie del campione (cfr. figura 3~4)Dopo aver utilizzato la frazione volumica di una soluzione di etanolo al 4% di nitrato, la profondità dello strato di carburizzazione superficiale è stata di circa 1,46 mm. Il tessuto superficiale del campione era in ordine:martensite di temperatura + una piccola quantità di flextensite (profondità 0.45 mm) (cfr. figura 5), martensite smorzata + una piccola quantità di flextensite (profondità 0,55 mm) (cfr. figura 6) e bessite + martensite (profondità 0,55 mm) (cfr. figura 7).Il tessuto matriciale è martensite + besite + ferrite (cfr. figura 8).

1.4 Prova di durezza

La prova di durezza della sezione trasversale del campione di perno mostra che la durezza di Rockwell dello strato non carburizzato è relativamente uniforme e il suo valore è di 28,1 ~ 31,2 HRC.Tutta la sezione trasversale e il tessuto della matrice erano abbastanza omogenei.

La prova di durezza è stata effettuata sui campioni metallografici e i risultati sono illustrati nella figura 9.la durezza del campione da poco profondo a profondo aumenta prima e poi diminuisce, raggiungendo il valore massimo a 0,55 mm dalla superficie, a 729 HV, e quindi la durezza diminuisce gradualmente e tende a stabilizzarsi.La variazione di durezza corrisponde a cambiamenti nella microorganizzazione dello strato superficiale, e la scarsa tenuta dell'organizzazione martensitica nello strato superficiale può derivare da una temperatura inadeguata.

1.5 Analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM)

La morfologia SEM dell'area della fonte di crepa della frattura a perno trasversale è mostrata nella figura 10.ci sono più irregolari strisce di stanchezza piccolo piano o piccoli pozziCon l'espansione delle fessure di fatica, l'intervallo tra le strisce diventa più piccolo e l'ingiustizia delle strisce e delle piccole fosse si intensifica (cfr. figura 11).La figura 12 mostra la morfologia SEM dell'area di rottura istantanea del perno trasversale, con le caratteristiche morfologiche della rottura, e la spilla trasversale si rompe rapidamente nel suo insieme.

Dalla morfologia macroscopica, la frattura da fatica multi-fonte.il sito del chamfer sopporta il carico più grande, e il materiale si crepa all'interfaccia tra il solfuro e la matrice, formando una fonte di microcracking.

2 Analisi completa

Con grande resistenza e durezza, grande stress nel tessuto e sensibilità alle lacune, il tessuto cattivo può essere causato da un temperamento insufficiente dopo l'estinguimento.la causa principale della frattura a perno trasversale è la presenza di inclusioni di MnS di dimensioni relativamente grandi all'interno e la presenza di tessuto martensitico scarsamente spento nello strato superficialeLa piccola quantità di deformazione generata dal sito del camfer formerà il buco tra la grande inclusione di MnS vicino al camfer e la matrice di acciaio.l'organizzazione di martenite indurita sulla superficie accelera la formazione di microcrack fonteNella fase di espansione della crepa, l'intervallo della striscia di stanchezza è piccolo e la striscia è irregolare, il che indica che la velocità di espansione della crepa è lenta; quando la crepa si espande a una certa dimensione, la velocità di espansione della striscia di stanchezza è molto bassa.l'area di supporto del materiale si restringe e non può resistere allo stress, che porta ad una rapida espansione della crepa, con conseguente frattura complessiva del perno trasversale.

3Conclusioni e suggerimenti

La forma della frattura del perno croce è una frattura da fatica multi-fonte.Il tessuto martensitico di spegnimento nello strato superficiale e le inclusioni di MnS di grandi dimensioni e strisce nel materiale creano le condizioni per la formazione di micro sorgente di crepa, che forma crepe nella debole organizzazione del materiale.Si suggerisce di migliorare la pulizia dell'acciaio fuso e di migliorare il processo di trattamento termico per ridurre le inclusioni di grandi dimensioni nell'acciaio ed evitare il cattivo microtissue.