Page 86 - 理化检验-物理分册2023年第一期

庞晋龙, 等: 车轮锻压模具用下芯棒断裂原因

1.5 金相检验 体, 白区显微组织为贝氏体; 试样内部可见锯齿形裂
在下芯棒断口处取样, 并进行金相检验, 结果如 纹, 裂纹内未见非金属夹杂物, 裂纹处没有发现明显
图5所示。由图5可知: 断裂起源处可见一些微裂 的缺陷; 断口的裂纹扩展形式为穿晶断裂,判断为

纹, 起源处未见冶金缺陷, 裂纹内未见夹杂物; 试样 脆性断裂。
显微组织不均匀, 可见黑白区, 黑区显微组织为索氏

图5 下芯棒断口处的显微组织形貌
2 综合分析 4 结论与建议

由上述理化检验结果可知, 下芯棒的化学成分、 下芯棒的化学成分、 硬度、 显微组织等均符合要
硬度及显微组织等都符合相关标准及技术要求。对 求。下芯棒断裂原因为: R 角尺寸偏小, 在 R 角处
下芯棒的服役环境进行调查可知, 在车轮成形的锻 产生应力集中导致下芯棒发生断裂。下芯棒为多源
压和脱模过程中, 下芯棒都承受着瞬间大冲击载荷。 脆性断裂, 裂纹由下芯棒R 角处向内扩展。
下芯棒是由芯棒杆体与尾部组成的阶梯轴式工件, 对下芯棒R 角处尺寸进行优化, 减小 R 角半
杆体与尾杆之间有较大的尺寸变化, 在芯棒尾部受 径, 可以避免再次发生该类芯棒断裂事故。
力时, 发生尺寸变化的位置会产生应力集中。下芯 参考文献:
棒多次在R 角处发生断裂, 可推断出下芯棒R 角处

是应力集中区, R 角处一旦萌生裂纹, 在多次受力 [ 1 ] 庞晋龙, 肖峰, 陈刚, 等. 双 S型辐板车轮压弯成形工

的情况下, 裂纹会快速扩展, 最终导致下芯棒断 艺的研究[ J ] . 热加工工艺, 2021 , 50 ( 21 ): 83-87.

裂 [ 3-6 ] 。 [ 2 ] 钟群鹏, 赵子华. 断口学[ M ] .北京: 高等教育出版

社, 2006.
3 改进措施 [ 3 ] 梁晓辉, 任书旺, 赵轶鹏, 等.42CrMo合金钢螺栓的

断裂失效分析[ J ] . 热加工工艺, 2020 , 49 ( 10 ): 162-
对于阶梯轴类的工件而言, 在其他条件相同的
164.
情况下, 工件过渡圆角半径与轴半径之比越小, 阶梯
[ 4 ] 浦红, 方政, 刘学华, 等. 车轮轧制主辊开裂原因[ J ] .
两侧尺寸变化越大, 有效应力集中因数越大, 工件对
理化检验( 物理分册), 2021 , 57 ( 6 ): 82-85.
应力集中越敏感 [ 7 ] 。采用增大尾杆直径以及过渡圆 [ 5 ] 任学冲, 李高洋, 宿彦京, 等. 夹杂物和晶粒尺寸对洁

角半径等方法, 可以减小应力集中对下芯棒尾部寿 净车轮钢室温冲击韧度的影响[ J ] . 理化检验( 物理

命的影响。对下芯棒R 角尺寸进行优化设计, 将倒 分册), 2012 , 48 ( 4 ): 207-212.

圆角半径由2mm 改为10mm , 可以避免下芯棒在 [ 6 ] 齐冀, 肖峰, 任学冲.列车车轮辐板断裂原因分析

R 角处的应力集中。经过现场实际使用, 改进后的 [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2015 , 51 ( 1 ): 79-82.

[ 7 ] 刘鸿文. 材料 力 学 [ M ] .北 京: 高 等 教 育 出 版 社,
下芯棒未再次发生断裂。

2011.

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