Die Kreuzspitze ist ein wichtiger Bestandteil der universellen Achse von Lokomotiven mit Verbrennungsmotor.Das Querschnittspinnmaterial besteht aus hochwertigem 20CrMnTi-Legierstahl., und der Wärmebehandlungsprozess ist die Vergasungs- und Dämpfungsbehandlung.Die Forscher analysierten die Ursachen der Fraktur durch eine Reihe von physikalischen und chemischen Tests, um zu verhindern, daß sich solche Probleme wiederholen..

1 Physikalische und chemische Prüfungen

1.1 Makroskalabeobachtung

Die gebrochene Kreuzspitze wird durch Ultraschall gereinigt, und die makroskopische Morphologie der Fraktur wird in Abbildung 1 dargestellt.Es gibt zwei Haupt- und zwei Sekundär-Rissquellen (siehe Bereich A in Abbildung 1).Es gibt mehrere inkonsistente Risse an der Spitze des Kreuzspinns.die sich von der Schalplattform bis zur Schalbogenübergangszone erstrecken (siehe Abbildung 2)- nach dem Vorlageurteil: der Querspitze bei Verwendung der biegenden Wechselspannung.die beiden Hauptrisse erweitern sich von beiden Seiten in die Mitte (siehe Bereich b in Abbildung 1).Weitere Beobachtungen zeigen, daß die Haupt-Rissquelle im oberen Teil der Abbildung 1 relativ klar ist.und die Haupt-Riss-Erweiterungsrate im oberen Teil ist schneller als die im unteren TeilDie beiden Sekundärspalten lassen aufgrund geringerer Kraft keinen klaren Spaltweiterungsweg.Nach dem vorläufigen Urteil über die Ausdehnung des Risswegs, erscheint die Frakturquelle des Querspinns an der Schamfläche, und der Frakturmodus ist Multi-Source-Ermüdungsfraktur.

1.2 Analyse der chemischen Zusammensetzung

Die Analyse der chemischen Zusammensetzung der Kreuzproben wurde mit einem direkt ablesbaren Spektrometer durchgeführt, die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.die chemische Zusammensetzung entspricht den Anforderungen von GB / T 3077- -2015, Legierte Strukturstahl.

1.3 Metallographische Prüfung

Die Goldphasenprobe wurde an der Bruchstelle entnommen und zur Beobachtung unter ein optisches Mikroskop gelegt.und größere Größen und Streifen, in denen MnS auf der Probenoberfläche vermischt ist (siehe Abbildung 3 bis 4).Nach Verwendung des Volumenanteils einer 4%igen Nitrat-Ethanollösung betrug die Tiefe der Oberflächenvergasungsschicht etwa 1,46 mm. Das Oberflächengewebe der Probe war in der Reihenfolge:Temperungsmartensit + eine kleine Menge Flextensit (Tiefe 0).45 mm) (siehe Abbildung 5), gelöschtem Martensit + einer kleinen Menge Flextensit (Tiefe 0,55 mm) (siehe Abbildung 6) und Bessit + Martensit (Tiefe 0,55 mm) (siehe Abbildung 7).Das Matrixgewebe besteht aus Martensit + Besit + Ferrit (siehe Abbildung 8)..

1.4 Härteprüfung

Die Härteprüfung des Querschnitts der Stiftprobe zeigt, dass die Rockwell-Härte der nichtkohlenstoffhaltigen Schicht relativ gleichmäßig ist und ihr Wert 28,1 ~ 31,2 HRC beträgt.Der Querschnitt und das Matrixgewebe waren ziemlich homogen..

Die Härteprüfung wurde an den metallographischen Proben durchgeführt, die Ergebnisse sind in Abbildung 9 dargestellt.die Härte der Probe von flach bis tief zunimmt und dann abnimmt, erreicht den maximalen Wert bei 0,55 mm von der Oberfläche, bei 729 HV, und dann nimmt die Härte allmählich ab und stabilisiert sich.Die Veränderung der Härte entspricht Veränderungen der Mikroorganisation der Oberflächenschicht, und die schlechte Abschärfung der martensitischen Organisation in der Oberflächenschicht kann auf eine unzureichende Härtung zurückzuführen sein.

1.5 Analyse mit dem Elektronenmikroskop (SEM)

Die SEM-Morphologie des Rissquellenbereichs der Querschnittspinfraktur ist in Abbildung 10 dargestellt.Es gibt mehr ungleichmäßige Müdigkeit Streifen kleine Ebene oder kleine GrubenMit der Ausdehnung der Ermüdungsspalten wird der Streifenabstand kleiner, und der Ungerechtigkeitsgrad der Streifen und der kleinen Gruben verstärkt sich (siehe Abbildung 11).Abbildung 12 zeigt die SEM-Morphologie der Überschneidung, mit den morphologischen Merkmalen des Bruchs, und der Querschnittspin bricht schnell als Ganzes.

Die Verzögerungsbrüche, die sich aus der makroskopischen Morphologie ergeben, zeigen, dass die Kreuzspitze während des Gebrauchs hauptsächlich der Wirkung von Biegung und Wechselspannungen ausgesetzt ist.Die Schalvorlage trägt die größte Last, und das Material bricht an der Schnittstelle zwischen Sulfid und Matrix und bildet eine Mikrokreckquelle.

2 Umfassende Analyse

Bei hoher Festigkeit und Härte, hoher Spannung des Gewebes und Spaltempfindlichkeit kann das schlechte Gewebe durch unzureichende Härtung nach dem Löschen verursacht werden.Die Hauptursache für Querschnittspinnfrakturen ist das Vorhandensein relativ großer MnS-Einbindungen im Inneren und das Vorhandensein von schlecht gelöschtem martensitischem Gewebe in der OberflächenschichtDie kleine Menge an Spannung, die durch den Schalvorgang erzeugt wird, bildet das Loch zwischen der großen MnS-Inklusion in der Nähe des Schalvorgangs und der Stahlmatrix.die gehärteten Martenit-Organisation auf der Oberfläche beschleunigt die Bildung von Mikrokrecken QuelleIn der Rissweiterungsphase ist der Abstand des Müdigkeitstreifens gering und der Streifen ungleichmäßig, was darauf hindeutet, daß die Rissweiterungsrate langsam ist; wenn sich der Riss bis zu einer bestimmten Größe ausdehnt,die Lagerfläche des Materials schrumpft und kann der Belastung nicht standhalten, was zu einer raschen Ausdehnung des Risses führt, was zu einer Gesamtfraktur des Querschnittspins führt.

3Schlussfolgerung und Vorschläge

Die Frakturform des Kreuzspinns ist eine mehrfach verursachte Müdigkeitfraktur.Das ablösende martensitische Gewebe in der Oberflächenschicht und die großen Abmessungen und Streifen von MnS-Einschlüssen im Material schaffen die Voraussetzungen für die Bildung von Mikrokrecken, was Risse in der schwachen Organisation des Materials bildet.Es wird vorgeschlagen, die Reinheit des geschmolzenen Stahls zu verbessern und den Wärmebehandlungsprozess zu verbessern, um große Einschlüsse in Stahl zu reduzieren und schlechte Mikrogewebe zu vermeiden.