HXD3CA型机车二系横向油压减振器活塞杆断裂问题分析及处置措施

摘要：本文基于HXD3CA型机车二系横向油压减振器活塞杆断裂问题，从宏观断口、金相组织、化学成分、力学性能等方面分析了原因，提出了处置措施。

关键词：二系横向油压减振器活塞杆；宏观断口；金相组织；化学成分

1 引言

2023年8月至9月期间，累计发生二系横向油压减振器活塞杆断裂问题6起，断裂位置均为二系横向油压减振器活塞杆端部与连接板连接处。基于此，有必要对二系横向油压减振器活塞杆断裂问题进行分析，查明断裂原因并提出解决措施，确保机车质量及行车安全。

2 过程情况调查

2.1断裂情况

从二系横向油压减振器活塞杆断裂所处位置进行统计，具体见表1。

表1 二系横向油压减振器活塞杆断裂问题统计表

2.2 二系横向油压减振器活塞杆普查情况

对22台机车的二系横向油压减振器活塞杆进行普查，共计普查二系横向油压减振器活塞杆88根，其中68根状态良好，占比77.3%，20根二系横向油压减振器防尘罩与缸筒的接磨（如图1-2所示），占比22.7%。

    图1 二系横向油压减振器活塞杆断面            图2二系横向油压减振器防尘罩异常磨损

2.3二系横向油压减振器活塞杆取样情况

2.3.1 宏观断口分析

样品宏观形貌及取样位置如图3所示。

图3 样品宏观形貌及取样位置

用扫描电镜观察样品断裂处的断口形貌，如图4所示，样品月牙形区域为快速断裂区，疲劳源处于疲劳扩展区外部圆弧处，以线源方式向心部扩展，断面可观察到明显疲劳扩展弧线，分界处距离疲劳源深度约2cm，疲劳扩展区占整个截面的90%以上。

图4二系横向油压减振器活塞杆断面形貌

2.3.2金相组织分析

采用光学显微镜观察样品的显微组织，观察位置为疲劳源区和心部，如图5所示。图（a）为金相观察取样位置及观察面；图（b）、图（c）中可观察到疲劳源区附近存在塑性变形；图（d）中可观察到沿锻造方向出现的带状特征；图（e）中观察到样品基体组织为铁素体+珠光体+贝氏体。

（a）取样位置

（b）疲劳源区×200        （c）疲劳源区×500

（d）带状特征×500       （e）心部组织×500

图5 二系横向油压减振器活塞杆显微组织

2.3.3化学成分检验

参考国内GB/T 4336-2016《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）》的方法要求，对断裂样品进行化学成分分析，检验结果如表2。

表2 送检断裂样品化学成分检验结果（wt%）

由表 2 检测结果可知，送检样品的化学成分满足 GB/T 3077-2015《合金结构钢》标准要求。

2.3.4力学性能检验

对断裂样品的拉伸性能、冲击性能进行检验，结果如表3所示。

表3 送检断裂样品力学性能检验结果

由表3检测结果可知，送检样品的拉伸性能及冲击性能均不满足GB/T3077-2015《合金结构钢》标准要求。

3 原因分析

3.1断面形貌分析

二系横向油压减振器活塞杆断面锈蚀，存在解理形貌及碾压痕迹。断口形貌分析，发现断口位置存在明显的疲劳扩展弧线，疲劳扩展区占整个截面90%以上，且活塞杆断裂前扩展过程较长，根据疲劳弧线特征，可判断活塞杆表面以线源方式由表面向心部扩展。金相显微镜下可观察到疲劳源附近存在明显塑性变形及沿锻造方向出现带状特征，说明减振器活塞杆在运用过程中受到了较大应力。

3.2断裂情况分析

二系横向油压减振器活塞杆抵抗机车车体横向、垂向运动，加之活塞杆螺纹底部为应力集中部位，车辆服役过程中因该过程反复连续作用，使得应力集中位置容易萌生疲劳裂纹。同时，送检的二系横向油压减振器活塞杆拉伸性能与冲击性能均不符合标准要求，疲劳裂纹在运用载荷作用下，以线源方式缓慢向心部扩展，最终导致断裂。

4 处置措施

4.1提升二系横向油压减振器活塞杆拉伸及冲击性能

按《合金结构钢》标准要求，选取满足要求的40Cr合金钢作为二系横向油压减振器活塞杆。

4.2二系横向油压减振器活塞杆处理

调整加工工艺，改善二系横向油压减振器活塞杆与连接板连接处螺纹退刀槽倒角，消除活塞杆螺纹底部的应力集中区域。

5 结论

二系横向油压减振器活塞杆断裂问题按上述方案处理后，HXD3CA型机车的运用状况得到了很大的改善。此处置措施也为后续类似的问题提供了一定的参考价值。