道岔锁闭铁断裂失效分析

郭瑞萍1，赵兴国2，张绍远2

(1太原理工大学测试中心，2材料科学与工程学院，山西太原030024)

　某厂用45#钢经锻造+机加工+表面电镀制造的铁路道岔锁闭铁，在南方潮湿环境使用一年时即发生断裂失效，如图1所示，断裂面发生在锁闭杆缺口处，断口齐平光滑，基本无塑性变形撕裂现象，属脆性断裂。

1　理化分析

化学成分分析说明该锁闭铁为45钢，所用材料符合图纸用材要求。

经布氏硬度计测定材料硬度值为164HB，低于技术要求的200～230HB。金相分析表明，显微组织为回火索氏体(如图1所示)，但未溶铁素体较多，说明淬火加热温度偏低，因而导致硬度和强度不足。

2　断裂原因分析

宏观断口(图A)表面较平滑，扩展区面积大，断面色泽较暗，可能是腐蚀疲劳和应力腐蚀的断口。用扫描电镜进行断口观察，在裂纹源附近的侧面有很多平行表面裂纹(图2)，并有腐蚀产物和裂纹相连及应力腐蚀的泥块状花纹(图3)，说明该裂纹是由应力腐蚀及机械应力引起的。在光滑灰暗的断面上有明显的应力腐蚀泥块状花样及腐蚀产物，并有部分疲劳辉纹(图4)，说明该断口的形成是由应力腐蚀及疲劳扩展联合形成的。

图A 　断件断口宏观照片

45钢调质处理后，获得回火索氏体组织，应具有较好的强韧综合性能[1]。但由于热处理不当导致材料硬度和强度未达到技术要求值，使锁闭铁的强度，特别是疲劳强度下降，这是导致锁闭铁失效的内在原因；另外，由锁闭铁实物和图纸可以看出，断口处的拐角圆弧半径很小(R≤3mm)，必将产生很大的应力集中，因而加速裂纹源的产生和扩展，是引起疲劳断裂的力学因素[2]；再者潮湿环境下当锁闭铁表层防腐不好时，极易使零件表面产生应力腐蚀并形成疲劳源，从而导致应力腐蚀和疲劳破坏。

3　结论

锁闭铁的断裂为应力腐蚀疲劳断裂。主要因材料疲劳强度不足，在潮湿环境、振动应力、缺口应力集中及腐蚀疲劳的共同影响下发生的。

图1 　锁闭铁调质组织(Bar = 20μm) ;图2 　断口疲劳源附近的裂纹(Bar = 1mm) ;

图3 　断口应力腐蚀形貌(Bar = 100μm) ;图4 　断口疲劳辉纹形貌(Bar = 10μm) 。