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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