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第一篇 车轴断裂失效分析基础1

概述3

1.1 铁路用车轴的基本技术条件和有关数据3

1.1.1 轴型4

1.1.2 车轴的结构形式和成品的表面粗糙度要求5

1.1.3 化学成份5

1.1.4 机械性能5

1.1.5 酸浸低倍组织和金相组织5

1.1.6 车轴的加工工艺流程6

1.1.7 车轴与车轮、轴承的组装7

1.1.8 车轴的检修7

1.1.9 车轴承受的载荷和应力分布7

1.2 车轴断裂事故调查9

1.2.1 有关事故调查的文件9

1.2.2 事故现场的保护9

1.2.3 车轴断裂事故的调查内容和调查方法9

1.2.4 车轴断口的保护10

1.2.5 现场断口大样的切取10

1.2.6 收集有关资料11

1.3 车轴断裂失效分析程序11

1.3.1 专家组“会诊”11

1.3.2 检验分析计划的制定12

1.3.3 检验分析计划的实施12

1.3.4 综合分析、结论和建议13

1.3.5 失效分析报告13

1.3.6 专家组最后审定13

1.4 车轴断裂失效分析中涉及的检测项目14

1.4.1 无损检测14

1.4.2 化学成份分析14

1.4.3 力学性能测试15

1.4.4 低倍组织检验15

1.4.5 金相分析16

1.4.6 裂纹分析16

1.4.7 断口分析16

1.4.8 晶体结构分析17

1.4.9 应力分析17

1.4.10 环境分析17

1.5 车轴疲劳断裂和它的断口特征17

1.6 车轴疲劳断裂的失效分析思路19

1.7 防止车轴疲劳断裂的对策19

第二篇 模拟试样断口特征21

概述23

2.1 显微动态观测试片23

2.1.1 显微动态观测试片·单调拉伸载荷24

2.1.2 显微动态观测试片·低频周期载荷27

2.2 光滑试样33

2.2.1 光滑试样·旋转弯曲载荷·高应力33

2.2.2 光滑试样·旋转弯曲载荷·较低应力37

2.2.3 光滑试样·扭转载荷·高应力40

2.2.4 光滑试样·扭转载荷·较低应力44

2.2.5 光滑试样·拉压载荷·高应力48

2.2.6 光滑试样·拉压载荷·较低应力52

2.2.7 光滑试样·拉压—扭转载荷·高应力56

2.2.8 光滑试样·拉压—扭转载荷·较低应力61

2.3 环形刻槽试样65

2.3.1 环形刻槽试样·旋转弯曲载荷·高应力65

2.3.2 环形刻槽试样·旋转弯曲载荷·较低应力69

2.3.3 环形刻槽试样·扭转载荷·高应力73

2.3.4 环形刻槽试样·扭转载荷·较低应力78

2.3.5 环形刻槽试样·拉压载荷·高应力82

2.3.6 环形刻槽试样·拉压载荷·较低应力86

2.3.7 环形刻槽试样·拉压—扭转载荷·高应力90

2.3.8 环形刻槽试样·拉压—扭转载荷·较低应力94

2.4 螺旋刻槽试样97

2.4.1 螺旋刻槽试样·旋转弯曲载荷·高应力97

2.4.2 螺旋刻槽试样·旋转弯曲载荷·较低应力101

2.4.3 螺旋刻槽试样·扭转载荷·高应力105

2.4.4 螺旋刻槽试样·扭转载荷·较低应力109

2.4.5 螺旋刻槽试样·拉压载荷·高应力113

2.4.6 螺旋刻槽试样·拉压载荷·较低应力117

2.4.7 螺旋刻槽试样·拉压—扭转载荷·高应力122

2.4.8 螺旋刻槽试样·拉压—扭转载荷·较低应力125

2.5 轴向刻槽试样129

2.5.1 轴向刻槽试样·旋转弯曲载荷·高应力129

2.5.2 轴向刻槽试样·旋转弯曲载荷·较低应力132

2.5.3 轴向刻槽试样·扭转载荷·高应力135

2.5.4 轴向刻槽试样·扭转载荷·较低应力139

2.5.5 轴向刻槽试样·拉压载荷·高应力142

2.5.6 轴向刻槽试样·拉压载荷·较低应力145

2.5.7 轴向刻槽试样·拉压—扭转载荷·高应力148

2.5.8 轴向刻槽试样·拉压—扭转载荷·较低应力152

2.6 蚀坑试样156

2.6.1 蚀坑试样·旋转弯曲载荷·高应力156

2.6.2 蚀坑试样·旋转弯曲载荷·较低应力160

2.6.3 蚀坑试样·扭转载荷·高应力163

2.6.4 蚀坑试样·扭转载荷·较低应力168

2.6.5 蚀坑试样·拉压载荷·高应力171

2.6.6 蚀坑试样·拉压载荷·较低应力176

2.6.7 蚀坑试样·拉压—扭转载荷·高应力180

2.6.8 蚀坑试样·拉压—扭转载荷·较低应力183

2.7 压坑试样187

2.7.1 四棱锥状压坑·旋转弯曲载荷187

2.7.2 圆锥状压坑·旋转弯曲载荷190

2.7.3 球冠状压坑·旋转弯曲载荷194

2.8 电火花坑状缺陷试样·旋转弯曲载荷197

第三篇 实物断轴失效分析199

概述201

3.1 材质不良引起车轴疲劳断裂201

3.1.1 材料成份偏差、组织异常导致车轴疲劳断裂（案例一）201

3.1.2 夹杂级别高、存在粗大塑性夹杂物引起车轴疲劳断裂（案例二）209

3.1.3 空洞引起车轴疲劳断裂（案例三）212

3.1.4 成份偏析引起的车轴疲劳断裂（案例四）217

3.1.5 内部夹渣引起的轴颈疲劳断裂（案例五）220

3.1.6 残余缩孔引起的车轴疲劳断裂（案例六）222

3.2 设计不当导致车轴疲劳断裂224

3.2.1 变截面圆弧曲率半径过小造成实验轴疲劳断裂（案例七）224

3.2.2 减载槽根部曲率半径设计过小导致机车轴疲劳断裂（案例八）228

3.3 表面加工不当引起车轴疲劳断裂230

3.3.1 表面局部加工粗糙引起的车轴轮座疲劳断裂之一（案例九）230

3.3.2 表面局部加工粗糙引起的车轴轮座疲劳断裂之二（案例十）235

3.3.3 表面刀痕过深导致车轴疲劳断裂（案例十一）239

3.3.4 局部过深刀痕引起车轴疲劳断裂（案例十二）244

3.4 轴身横向铲痕导致车轴疲劳断裂（案例十三）248

3.5 采用补焊工艺造成车轴疲劳断裂（案例十四）251

3.6 轴承组装不当导致轴颈疲劳断裂257

3.6.1 轴承与车轴组装不当导致轴颈疲劳断裂之一（案例十五）257

3.6.2 轴承与车轴组装不当导致轴颈疲劳断裂之二（案例十六）267

3.7 应力过高造成车轴疲劳断裂270

3.7.1 应力过高造成车轴疲劳断裂之一（案例十七）270

3.7.2 应力过高造成轴身疲劳断裂之二（案例十八）274

3.7.3 应力过高造成轴身疲劳断裂之三（案例十九）276

3.7.4 应力过高造成轴身疲劳断裂之四（案例二十）278

3.7.5 应力过高造成轴身疲劳断裂之五（案例二十一）280

3.7.6 应力过高造成轴身疲劳断裂之六（案例二十二）282

3.8 轴身意外损伤导致车轴疲劳断裂284

3.8.1 横向过深碰痕引起轴身疲劳断裂（案例二十三）284

3.8.2 表面横向凹痕引起轴身疲劳断裂（案例二十四）287

3.9 微动氧化蚀坑引起车轴轮座疲劳断裂291

3.9.1 轮座表面微动氧化蚀坑造成疲劳断裂之一（案例二十五）291

3.9.2 轮座表面微动氧化蚀坑造成疲劳断裂之二（案例二十六）295