车轮透声不良原因分析及对策

程德利，王亚成，邓荣杰，毛亚男

(1.马钢股份公司车轮公司 安徽马鞍山 243000；2.中国铁路上海局集团铜陵车辆监造项目部 安徽铜陵 244000)

作为列车安全运行的重要走行部件，车轮制造质量的可靠性非常关键。车轮工厂在制造车轮时，为确保车轮的安全运行品质，一般从人员、设备、材料、工艺技术以及生产条件等方面开展生产质量控制，确保车轮外型尺寸、内部组织及理化性能满足标准及运用要求。

马钢作为车轮制造的专业厂家，近期在生产φ860火车车轮时，探伤发现有多件车轮透声不良。为确保产品出厂零缺陷，马钢对该批车轮重新上线检测，确保过线判定合格产品质量得到保证。另一方面对出现透声不良产品开展原因分析，并对确认存在的问题展开整改。

1 超声波检测

超声波探伤在线检测时，探头位置布置在内侧面如图1。探伤时，发现机探报警，报警信息如图2。

对其中一件手工从车轮内侧面探伤确认，发现探伤底波损失大，确认为透声不良[1]，如图3。手工确认存在透声不良区域为连续长度200 mm，轴向位置为靠近车轮外侧面。

2 金相和硬度检测分析

2.1 取样

对超声波探伤确认存在缺陷区域进行切片取样。根据探伤结果，分别对探伤缺陷区域的两端起始位置和中部透声不良最终区域位置取金相组织和断面硬度试样。取样位置如图4，断面硬度测试位置如图5，金相组织检验位置如6，检测缺陷区域的金相组织和硬度分布。

2.2 金相检验分析结果

金相组织检验发现透声不良区域起始端(111区域)1#位置组织晶粒度粗大3-4级，2#、3#位置6级左右。透声不良最严重的中部区域(#112区域)试样组织很不均匀，金相检验晶粒度粗大，1#位置3级，2#和3#位置4-5级。透声不良发生的终止端(113区域)1#位置晶粒度粗大3-4级，2#、3#位置5级左右。#111、#112、#113区域1#位置组织都存在组织球化趋势。检验结果如图7、8、9。

图3 人工超声波探伤确定缺陷区域图

图6 金相组织检验位置图

图7 #111试样金相组织

图8 #112试样金相组织

图9 #113试样金相组织

2.3 断面硬度检验

按照图5要求位置对探伤报警区域1#、2#、3#位置进行硬度测试。测试结果见图10。根据该车轮硬度标准300-341HB要求来看，111#、112#、113#位置硬度测试结果偏低，越靠近外侧面硬度值越低。112#位置整体截面硬度都偏低。

图10 断硬硬度测试结果

3 讨论与分析

从金相检验结果可知，超声波探伤透声不良区域组织均存在混晶，并且越靠外侧面晶粒越粗大，并在最外侧区域有球化趋势，组织未发生完全奥氏体化，处在两相区[2]。说明车轮在淬火加热过程中，透声不良区域实际钢温偏低，越靠近车轮外侧面趋势越明显。

从断面硬度检测结果可知，透声不良区域硬度偏低，越靠近外侧面，硬度偏低趋势越明显。说明透声不良区域会导致工件硬度偏低，这和金相分析结果判定淬火加热温度偏低相一致。当工件淬火加热温度偏低时，会导致工件淬火硬度偏低。

对车轮加热状态进行调查，加热炉采用28 m直径的环形加热炉，车轮内侧面朝上每角度水平放置三件。检查炉温控制情况正常，调查该炉当班淬火生产日志，设备点检发现“内环有5个角度水封槽活动刀损坏”信息。车轮物料布置方式见图11。

对环形加热炉热工结构分析，环形加热炉为炉底可转动式的环形结构，炉底与内外环内墙间采用水封结构对炉膛进行封闭，如图12。加热时，炉气沿着炉膛结构方向从炉头往炉尾方向进行流动，水封槽结构阻挡外部冷空气进入炉膛，确保炉膛温度场分布符合工艺要求[3]。

根据环形炉炉膛截面结构，炉膛气压分布是从炉底到炉顶逐步增大。在正常生产时，作业指导书一般要求加热工按照微正压进行热工操作，即炉膛零压面靠近炉底部位处[4]。微正压操作可确保外部冷空气不能从出料炉门口处吸入，同时又能保护炉底钢结构。当水封槽水封刀出现损坏，水封结构失效，在炉底零压面出现波动时，炉外冷空气将沿着水封刀损坏部位进入到炉膛。对活动水封刀损坏部位放置的物料加热产生影响，越接近水封槽部位，物料受影响更严重。

从物料布置方式可以看出，车轮内侧面朝上布置时，外侧面更接近水封槽部位，因此金相和硬度检测分析，受影响车轮外侧面部位金属的晶粒组织较粗大，硬度较低。

4 结论

车轮出现透声不良原因为晶粒粗大所致。

车轮局部晶粒粗大的原因为车轮在淬火加热时局部钢温偏低所致。

环形加热炉在淬火加热时，水封槽结构的完好性对车轮加热钢温均匀性影响较大。生产区域应建立合理的点检制度，加强对水封槽结构完好性检查。

车轮在进行表面硬度检测时，发现硬度偏低时，应对同件车轮其他部位测试比对，如果确认为局部出现硬度偏低时，应对加热炉设备状态进行确认，防止加热不均匀导致透声不良风险的存在。