合金钢轨异常组织缺陷,中频加热电源轻松应对

日期:2018-11-28 / 浏览: 次 / 来源:郑州高氏

合金钢轨异常组织缺陷,中频加热电源轻松应对

钢轨是铁路运输的重要零部件。众所周知,钢轨必须具有高强度和高耐磨性,以及高耐疲劳强度。钢轨钢的碳质量分数一般为0.55%-0.75%的高碳钢,同时添加合金元素锰、硅、钼等,以提高其性能。钢轨金相组织要求全珠光体组织,不允许出现马氏体和贝氏体等异常组织,异常组织使钢的韧性和疲劳性能明显下降,并且引起显微裂纹产生,很易产生钢轨爆裂危险。

对发生异常断裂的钢轨进行了检验和分析。金相观察发现,组织中发现断续分布的数条宽10微米左右的异常亮带,异常亮带白亮区的组织不是珠光体型组织;其内部有针状或竹叶状组织特征,呈典型高碳马氏体形态特点。马氏体针发现有黑白两种形式,黑针是轻微回火马氏体,在电子显微镜下可看到细小的析出物。这是由于钢轨在连续冷却中,先形成的马氏体由于余热产生轻微回火析出碳化物,在继续冷却中,后形成的马氏体因温度低,这种回火析出现象没有出现,因而腐蚀后,出现黑白两种马氏体形貌差别。显微硬度检验证实了异常组织是马氏体,异常区的显微硬度是正常区的2倍左右。

分析认为,钢轨中形成的马氏体为高碳片层状马氏体,马氏体在各种组织中(珠光体、贝氏体、马氏体)是硬度、强度最高而塑性最低的组织,其性能特点是硬且脆,裂纹敏感性大。马氏体为α铁中的过饱合间隙固溶体,其微观晶格畸变引发很大残留应力,该残留应力是工件出现显微裂纹的根源。显微裂纹存在是马氏体组织中萌生裂纹及扩展,导致钢轨爆裂的主要原因,也是造成钢轨横向疲劳断裂、轨腰处水平断裂和轨头纵向裂纹损坏的重要因素。

为了探明断裂失效钢轨马氏体异常组织特点及原因,对工件开裂部位试样进行了进一步理化检验分析。检验发现,轨腰断裂部位存在严重成分偏析,其中含量较高的元素均延迟珠光体相变过程,不利于珠光体组织生成;尤其是Mo含量偏析严重,严重影响了珠光体转变,正是由于钢轨轨腰处成分偏析,该处富集Mo、V、Cr、Mn等合金元素,延迟和抑制了珠光体转变,使该处无法发生珠光体相变,故在冷却中产生马氏体类组织。

为了消除马氏体组织,首先要消除钢材冶炼中出现的偏析缺陷,这就要求严格冶炼生产工艺和严格控制钢材质量检验标准,防止出现严重偏析或夹杂等缺陷的钢材流入产品加工工序。

另一方面,对含马氏体组织的钢轨件,采用中频加热电源进行回火热处理,消除残留应力,降低和调整工件硬度,改善工件韧性,以达到综合力学性能优良的技术要求。

经性能测试表明,采用中频加热电源回火后的钢轨的韧性、塑性明显提高,并保持相当高的强度,符合钢轨技术条件要求。