程德利，王亞成，鄧榮杰，毛亞男

(1.馬鋼股份公司車輪公司 安徽馬鞍山 243000；2.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)銅陵車輛監(jiān)造項(xiàng)目部 安徽銅陵 244000)

作為列車安全運(yùn)行的重要走行部件，車輪制造質(zhì)量的可靠性非常關(guān)鍵。車輪工廠在制造車輪時(shí)，為確保車輪的安全運(yùn)行品質(zhì)，一般從人員、設(shè)備、材料、工藝技術(shù)以及生產(chǎn)條件等方面開(kāi)展生產(chǎn)質(zhì)量控制，確保車輪外型尺寸、內(nèi)部組織及理化性能滿足標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)用要求。

馬鋼作為車輪制造的專業(yè)廠家，近期在生產(chǎn)φ860火車車輪時(shí)，探傷發(fā)現(xiàn)有多件車輪透聲不良。為確保產(chǎn)品出廠零缺陷，馬鋼對(duì)該批車輪重新上線檢測(cè)，確保過(guò)線判定合格產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。另一方面對(duì)出現(xiàn)透聲不良產(chǎn)品開(kāi)展原因分析，并對(duì)確認(rèn)存在的問(wèn)題展開(kāi)整改。

1 超聲波檢測(cè)

超聲波探傷在線檢測(cè)時(shí)，探頭位置布置在內(nèi)側(cè)面如圖1。探傷時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)探報(bào)警，報(bào)警信息如圖2。

對(duì)其中一件手工從車輪內(nèi)側(cè)面探傷確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)探傷底波損失大，確認(rèn)為透聲不良[1]，如圖3。手工確認(rèn)存在透聲不良區(qū)域?yàn)檫B續(xù)長(zhǎng)度200 mm，軸向位置為靠近車輪外側(cè)面。

2 金相和硬度檢測(cè)分析

2.1 取樣

對(duì)超聲波探傷確認(rèn)存在缺陷區(qū)域進(jìn)行切片取樣。根據(jù)探傷結(jié)果，分別對(duì)探傷缺陷區(qū)域的兩端起始位置和中部透聲不良最終區(qū)域位置取金相組織和斷面硬度試樣。取樣位置如圖4，斷面硬度測(cè)試位置如圖5，金相組織檢驗(yàn)位置如6，檢測(cè)缺陷區(qū)域的金相組織和硬度分布。

2.2 金相檢驗(yàn)分析結(jié)果

金相組織檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)透聲不良區(qū)域起始端(111區(qū)域)1#位置組織晶粒度粗大3-4級(jí)，2#、3#位置6級(jí)左右。透聲不良最嚴(yán)重的中部區(qū)域(#112區(qū)域)試樣組織很不均勻，金相檢驗(yàn)晶粒度粗大，1#位置3級(jí)，2#和3#位置4-5級(jí)。透聲不良發(fā)生的終止端(113區(qū)域)1#位置晶粒度粗大3-4級(jí)，2#、3#位置5級(jí)左右。#111、#112、#113區(qū)域1#位置組織都存在組織球化趨勢(shì)。檢驗(yàn)結(jié)果如圖7、8、9。

圖3 人工超聲波探傷確定缺陷區(qū)域圖

圖6 金相組織檢驗(yàn)位置圖

圖7 #111試樣金相組織

圖8 #112試樣金相組織

圖9 #113試樣金相組織

2.3 斷面硬度檢驗(yàn)

按照?qǐng)D5要求位置對(duì)探傷報(bào)警區(qū)域1#、2#、3#位置進(jìn)行硬度測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖10。根據(jù)該車輪硬度標(biāo)準(zhǔn)300-341HB要求來(lái)看，111#、112#、113#位置硬度測(cè)試結(jié)果偏低，越靠近外側(cè)面硬度值越低。112#位置整體截面硬度都偏低。

圖10 斷硬硬度測(cè)試結(jié)果

3 討論與分析

從金相檢驗(yàn)結(jié)果可知，超聲波探傷透聲不良區(qū)域組織均存在混晶，并且越靠外側(cè)面晶粒越粗大，并在最外側(cè)區(qū)域有球化趨勢(shì)，組織未發(fā)生完全奧氏體化，處在兩相區(qū)[2]。說(shuō)明車輪在淬火加熱過(guò)程中，透聲不良區(qū)域?qū)嶋H鋼溫偏低，越靠近車輪外側(cè)面趨勢(shì)越明顯。

從斷面硬度檢測(cè)結(jié)果可知，透聲不良區(qū)域硬度偏低，越靠近外側(cè)面，硬度偏低趨勢(shì)越明顯。說(shuō)明透聲不良區(qū)域會(huì)導(dǎo)致工件硬度偏低，這和金相分析結(jié)果判定淬火加熱溫度偏低相一致。當(dāng)工件淬火加熱溫度偏低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件淬火硬度偏低。

對(duì)車輪加熱狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查，加熱爐采用28 m直徑的環(huán)形加熱爐，車輪內(nèi)側(cè)面朝上每角度水平放置三件。檢查爐溫控制情況正常，調(diào)查該爐當(dāng)班淬火生產(chǎn)日志，設(shè)備點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)“內(nèi)環(huán)有5個(gè)角度水封槽活動(dòng)刀損壞”信息。車輪物料布置方式見(jiàn)圖11。

對(duì)環(huán)形加熱爐熱工結(jié)構(gòu)分析，環(huán)形加熱爐為爐底可轉(zhuǎn)動(dòng)式的環(huán)形結(jié)構(gòu)，爐底與內(nèi)外環(huán)內(nèi)墻間采用水封結(jié)構(gòu)對(duì)爐膛進(jìn)行封閉，如圖12。加熱時(shí)，爐氣沿著爐膛結(jié)構(gòu)方向從爐頭往爐尾方向進(jìn)行流動(dòng)，水封槽結(jié)構(gòu)阻擋外部冷空氣進(jìn)入爐膛，確保爐膛溫度場(chǎng)分布符合工藝要求[3]。

根據(jù)環(huán)形爐爐膛截面結(jié)構(gòu)，爐膛氣壓分布是從爐底到爐頂逐步增大。在正常生產(chǎn)時(shí)，作業(yè)指導(dǎo)書(shū)一般要求加熱工按照微正壓進(jìn)行熱工操作，即爐膛零壓面靠近爐底部位處[4]。微正壓操作可確保外部冷空氣不能從出料爐門(mén)口處吸入，同時(shí)又能保護(hù)爐底鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)水封槽水封刀出現(xiàn)損壞，水封結(jié)構(gòu)失效，在爐底零壓面出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，爐外冷空氣將沿著水封刀損壞部位進(jìn)入到爐膛。對(duì)活動(dòng)水封刀損壞部位放置的物料加熱產(chǎn)生影響，越接近水封槽部位，物料受影響更嚴(yán)重。

從物料布置方式可以看出，車輪內(nèi)側(cè)面朝上布置時(shí)，外側(cè)面更接近水封槽部位，因此金相和硬度檢測(cè)分析，受影響車輪外側(cè)面部位金屬的晶粒組織較粗大，硬度較低。

4 結(jié)論

車輪出現(xiàn)透聲不良原因?yàn)榫Я４执笏隆?/p>

車輪局部晶粒粗大的原因?yàn)檐囕喸诖慊鸺訜釙r(shí)局部鋼溫偏低所致。

環(huán)形加熱爐在淬火加熱時(shí)，水封槽結(jié)構(gòu)的完好性對(duì)車輪加熱鋼溫均勻性影響較大。生產(chǎn)區(qū)域應(yīng)建立合理的點(diǎn)檢制度，加強(qiáng)對(duì)水封槽結(jié)構(gòu)完好性檢查。

車輪在進(jìn)行表面硬度檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)硬度偏低時(shí)，應(yīng)對(duì)同件車輪其他部位測(cè)試比對(duì)，如果確認(rèn)為局部出現(xiàn)硬度偏低時(shí)，應(yīng)對(duì)加熱爐設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，防止加熱不均勻?qū)е峦嘎暡涣硷L(fēng)險(xiǎn)的存在。