K2轉(zhuǎn)向架圓柱外彈簧疲勞失效研究.pdf

1、我國鐵路貨車提速后，貨車運行的工況發(fā)生較大變化：轉(zhuǎn)向架采用減震彈簧，抗疲勞斷裂從100萬次提高到260萬次；彈簧撓度、剛度等大幅度提高，對彈簧的生產(chǎn)提出了更高要求。 本文結(jié)合企業(yè)實際，進行大量的試驗，研究開發(fā)了新型的彈簧鋼材料，采用完全淬火熱加工工藝，改變了傳統(tǒng)的彈簧工作的間隙，從而使減震外簧滿足抗疲勞斷裂260萬次以上的要求。 彈簧鋼是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)彈簧的基礎(chǔ)。熱軋60Si2Mn彈簧鋼由于有害元素P、S，以及夾雜物、表面冶

2、金質(zhì)量的影響，在疲勞試驗的交變載荷作用下，表面及內(nèi)部過早產(chǎn)生裂紋，形成疲勞斷裂源。疲勞試驗僅能達(dá)到100萬次。在對疲勞斷口分析的基礎(chǔ)上，新彈簧鋼的研究方向為：(1)鋼水的爐內(nèi)、爐后精煉、真空除氣控制有害元素、夾雜物及氣體，從內(nèi)部質(zhì)量控制疲勞斷裂；(2)對熱軋后的軋材進行表面精磨，清除脫碳層與表面發(fā)紋等缺陷；(3)制定新型彈簧鋼的技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 彈簧生產(chǎn)熱加工過程是保證彈簧材料正常綜合機械性能的必要手段。通過對我國傳統(tǒng)的鐵路貨車

3、轉(zhuǎn)向架彈簧熱卷制后利用余熱淬火工藝生產(chǎn)彈簧發(fā)生早期疲勞試驗斷裂紋進行分析，以及對斷口的淬火組織金相進行分析，發(fā)現(xiàn)以鐵素體為主的區(qū)域強度指標(biāo)明顯低于馬氏體組織區(qū)域，這是導(dǎo)致疲勞斷裂的直接原因。采用熱卷制后將彈簧冷卻到室溫重新淬火后，經(jīng)金相檢驗完全清除了淬火軟化組織。多次疲勞試驗均達(dá)到了260萬次。 彈簧產(chǎn)品設(shè)計中的工作圈與支撐圈之間的間隙，原設(shè)計中沒有明確要求。在批量生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)疲勞斷裂均發(fā)生在工作圈與支撐圈之間，具有一定的規(guī)律。

4、經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)金相組織、冶金質(zhì)量沒有異常，但是具有加工硬化的典型特征，裂紋源均發(fā)生在表面，微觀分析裂紋附近有碎晶。在擴大工作圈與支撐圈之間間隙，保證在疲勞試驗中不接觸的樣品疲勞試驗中，在工作圈與支撐之間沒有發(fā)生斷裂。在上述試驗研究基礎(chǔ)上，在產(chǎn)品設(shè)計中對工作圈與支撐圈之間做出明確要求，使彈簧在加工中采取必要的工藝措施保證由點的受力接觸改為面的接觸。 本文對PME250kN液壓疲勞試驗機、CSSl100型電子萬能材料試驗機的使用方法、