洛帝牢防松垫片失效问题分析①

姜永波

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111)

1 研究背景

洛帝牢防松垫片结构简单，对连接件要求不高，安装便利，稳定性较好，被大量运用在轨道列车上。但在长期运营过程中发现个别洛帝牢防松垫片出现细微径向开裂，给车辆运营带来风险。本文通过断口截面、金相、机械性能、化学成分多方面讨论分析帝牢防松垫片径向开裂原因。

2 径向开裂状态分析

洛帝牢防松垫片，垫片呈锥形，组合垫片一薄一厚，材质为42CrMo4，表面达克罗处理，安装扭矩为350N·m。开裂垫片均发生在较厚的垫片上，开裂沿径向分布，一枚垫片上可见多处开裂痕迹，并且开裂处沿圆周基本均匀分布，大部分沿齿槽根部开裂，如图1所示。

3 开裂原因分析

3.1 断口分析

选取开裂样品打开断口后进行微观分析，可见整个断面均为冰糖状沿晶形貌，并伴有晶间二次裂纹，局部可见韧窝形貌，如图2所示。

表1 硬度检测结果

3.2 金相检验

对开裂垫圈取样进行金相分析，较厚的标记为a，较薄的标记为b。可见其中较厚的垫圈组织均为均匀的回火屈氏体，较薄的垫圈组织存在细小弥散的颗粒状碳化物，可见较薄的垫圈硬度回火温度相对较高，如图3所示。对断口附近检查金相组织，沿主裂纹可见分支裂纹，未见明显缺陷及组织变形痕迹。

3.3 硬度检测

对开裂垫圈进行硬度检测，结果如表1所示，可见较厚的垫圈硬度均比较薄的垫圈高。

3.4 化学成分分析

采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)对对断裂垫圈（厚）和完好垫圈（厚、薄）进行化学成分分析，结果如表2所示。可见完好件（薄）的Mn含量略微低于标准要求的下限，其余元素含量均符合“DIN EN 10083-2007淬回火钢”中对42CrMo4的要求，但厚垫圈和薄垫圈Si含量存在较大的差异。

表2 试样化学成分分析结果（%）

图2 断面典型微观形貌

图3 开裂垫圈金相组织

对断裂件和完好件中较厚的垫圈采用惰性气体熔融热导法测定氢含量分别为2.3ppm、1.5ppm。

4 结语

垫圈开裂断口附近未见宏观塑性变形，微观呈现沿晶特征，并伴有晶间二次裂纹，由此可判断该垫圈为脆性延迟断裂。影响零件脆性延迟断裂的因素主要有：含氢量、显微组织、强度、硬度及所受应力等。通过本文分析，认为垫圈可能存在硬度较高氢脆断裂的可能。氢含量测定结果表明，断裂垫圈氢含量为2.3ppm，未使用垫圈氢含量为1.5ppm；硬度测试结果表明厚垫圈硬度约520HV，存在较高的硬度，且在服役过程中，该锥形垫圈开裂面承受张应力作用，具有较高的氢脆敏感性。