K2轉(zhuǎn)向架圓柱外彈簧疲勞失效研究.pdf

1、我國(guó)鐵路貨車提速后，貨車運(yùn)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(wàn)次提高到260萬(wàn)次；彈簧撓度、剛度等大幅度提高，對(duì)彈簧的生產(chǎn)提出了更高要求。 本文結(jié)合企業(yè)實(shí)際，進(jìn)行大量的試驗(yàn)，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(wàn)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(yàn)的交變載荷作用下，表面及內(nèi)部過(guò)早產(chǎn)生裂紋，形成疲勞斷裂源。疲勞試驗(yàn)僅能達(dá)到100萬(wàn)次。在對(duì)疲勞斷口分析的基礎(chǔ)上，新彈簧鋼的研究方向?yàn)椋?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(duì)熱軋后的軋材進(jìn)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(guò)程是保證彈簧材料正常綜合機(jī)械性能的必要手段。通過(guò)對(duì)我國(guó)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(yàn)斷裂紋進(jìn)行分析，以及對(duì)斷口的淬火組織金相進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以鐵素體為主的區(qū)域強(qiáng)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(yàn)完全清除了淬火軟化組織。多次疲勞試驗(yàn)均達(dá)到了260萬(wàn)次。 彈簧產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的工作圈與支撐圈之間的間隙，原設(shè)計(jì)中沒(méi)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(guò)分析發(fā)現(xiàn)金相組織、冶金質(zhì)量沒(méi)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(kuò)大工作圈與支撐圈之間間隙，保證在疲勞試驗(yàn)中不接觸的樣品疲勞試驗(yàn)中，在工作圈與支撐之間沒(méi)有發(fā)生斷裂。在上述試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對(duì)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(diǎn)的受力接觸改為面的接觸。 本文對(duì)PME250kN液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)、CSSl100型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的使用方法、