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客車高磷閘瓦斷裂分析及改進措施

來源:未知添加時間:2019/11/22 點擊:
        高磷鑄鐵閘瓦是機車車輛消耗量最大的制動配件,從 1985 年開始我國開始推廣應用高磷閘瓦,高磷鑄鐵閘瓦因具有良好的摩擦、磨耗、制動性能廣泛應用于鐵路行業。但其抗斷裂性能較差,使用中瓦體裂紋普遍,時有閘瓦折斷現象發生。

1 斷裂形式

        閘瓦瓦鼻側面發生斷裂,斷裂部位瓦鼻磨蝕嚴重,鋼板厚度縮短約 2 mm,同時瓦背與瓦托接觸部位沒有磨損痕跡。裂紋位于瓦鼻兩側弧面與瓦托接觸點附近。分析可能原因是由于在閘瓦裝車使用過程中,瓦鼻部位受交變應力較為集中,疲勞磨損嚴重產生裂紋,經擴展形成貫通性裂紋,導致閘瓦斷裂。

2 斷裂閘瓦性能分析

        經檢測分析表明,斷裂閘瓦成分與金相組織均符合 TB/T 1661—91《鐵道車輛高磷閘瓦》標準規定。因產品已破壞無法做力學性能檢測,通過檢查該塊201703 批次閘瓦力學性能與耐壓試驗結果 ,均符合標準規定。

3 斷裂原因分析

        本文通過對斷裂形貌和成分分析,得出以下斷裂原因。
        1)我國從 1985 年開始推廣客車高磷鑄鐵閘瓦,當時設計使用條件為 95 km/h 以下,產品執行標準TB/T 1661—91《鐵道車輛高磷閘瓦》制定較早,多年來未修訂。20 世紀 90 年代列車時速在 100 km/h 以內,而如今客車已經過大規模提速,普遍運行速度在120 km/h 左右,有時更在高于 120 km/h 速度運行。因為產品自身的設計使用條件已無法滿足現有客車運行需要,導致普遍存在客車高磷閘瓦裂紋現象。
        2)閘瓦制動車輛與合成閘片制動車輛同列車使用過程中,因不同材料的摩擦系數不同、制動力存在差異,導致客車高磷閘瓦的摩擦環境變得更為復雜,受力沖擊頻繁。
        3)為保證閘瓦的耐磨性和制動性能,高磷鑄鐵閘瓦含磷量(質量分數)高達 2%~2.5%,形成三元磷共晶為閘瓦提供摩擦性能,三元磷共晶為硬脆相。在閘瓦使用過程中,沖擊會在硬脆相處形成微裂紋,裂紋會很快擴展成為貫通性裂紋,導致閘瓦斷裂。
        4)在標準技術狀態下,瓦托與閘瓦配合精密,閘瓦在運用中受輪瓦摩擦產生拉應力,但在瓦托磨損變形或瓦托間隙過大情況下,閘瓦同時受到縱向剪切力。隨著列車的高速運行,會受到較為頻繁的沖擊力,最終導致閘瓦出現裂紋。閘瓦裂紋位于瓦鼻兩側弧面與瓦托接觸點附近。在閘瓦裝車使用過程中,瓦鼻部位受交變應力較為集中產生裂紋,經擴展形成的貫通性裂紋。

4 改進建議

        1)加強對客車高磷閘瓦的質量控制,采購太鋼優質鋼板進行生產,適當提高閘瓦瓦背力學性能,增加閘瓦的力學性能和抗疲勞性能。
        2)在生產過程中加強磷元素的控制,加入稀土元素,提高鑄鐵性能;嚴格按標準生產,將磷含量控制在中下限范圍。
        3)加強閘瓦生產過程的探傷,適當擴大探傷范圍。確保產品探傷符合要求,防止閘瓦出現裂紋后掉塊。
        4)在閘瓦生產時,對鑄造工藝過程進行改進,提高閘瓦瓦體鐵水的純凈度,提高閘瓦本體強度。
        5)加強使用過程管理,對磨損瓦托及時進行修補或更換,對焊補瓦托打磨平整,防止閘瓦瓦鼻側面受力磨損產生斷裂。
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