王会亮

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心，山西 太原030003）

钢轨接头是轨道的一个薄弱环节，容易遭受破坏，严重时可能发生行车事故。夹板作为钢轨接头的主要连接部件，必须具有高强度高耐磨性的同时具有高韧性，以期达到更长的使用时间，在服役过程中出现集中断裂，通过进行现场取样，我们选取使用时间最短的断裂成品带回进行取样分析，试验具体方法为对断口进行宏观分析与微观分析：金相显微组织分析、扫描电镜分析。

1 断口宏观分析

图1 为断口宏观形貌，可以看出断裂经历了裂纹萌生（图1裂纹源）→脆断→塑断三个阶段，同时通过对已经装配使用但尚未断裂的夹板观察，发现均有如下特征：图2中可以明显看到磨损发亮部分，箭头指示位置已经磨出一个1～2 mm的台阶，结合现场实际，这个磨损面在车辆经过时候会夹板受要拉伸应力，极易形成裂纹源，从而导致开裂。

图1 断口宏观形貌

图2 尚未断裂夹板

2 断口微观分析

2.1 金相组织分析

对原材料进行锻造、机加工、调质（820℃淬火+500℃回火），成品淬硬层深度要求在3 mm左右，但从金相照片图3可以看出，淬硬层深度只有不到0.2 mm，个别地方最多勉强够0.5 mm左右；淬硬层深度远未达到3 mm的要求，成品组织中铁素体非常多，几乎看不到索氏体，说明热处理效果非常不好，严重影响正常使用。

图3 淬硬层深度测量

通过实验室模拟热处理工艺，对试样进行热处理并进行金相分析，组织如图4所示，组织几乎全部为保留马氏体相位的索氏体组织，组织达到热处理预期效果，从而可以确认断裂是热处理组织存在问题，进而推断是热处理工艺执行不到位导致断裂。

图4 实验室调质处理后的组织

对断口附近组织进行金相分析，发现有裂纹存在，如下页图5金相照片，裂纹从脱碳层延伸到基体组织，进一步观察，发现裂纹都被氧化，但是基体部分裂纹没有形成脱碳，不难推测，裂纹是在调质处理之后产生，即在使用过程中产生的疲劳裂纹。

图5 裂纹金相观察

2.2 扫描电镜分析

对金相分析中看到的裂纹用扫描电镜进行观察如图6，通过对断口进行分析，发现裂纹处不存在夹杂，只是单纯的氧化铁，如图7。

图6 裂纹处扫描电镜观察

3 结论

1）通过金相及扫描电镜对断口分析，未发现超标夹杂，钢质纯净，原材料无缺陷，符合技术要求。

2）从宏观肉眼观察，可以发现断口在形成之前都受到较为严重的磨损拉伸，甚至磨出台阶，这些外力作用导致组织发生变化，形成裂纹，之后裂纹扩展进入材料基体从而导致断裂的发生。究其原因，可能是安装不当使得夹板下方与轨道接触面贴合过紧，导致车辆经过时轨道接头反复磨损夹板接触面，从而磨损形成断裂；也可能是工况（如地基下沉等）所致。

图7 裂纹处扫描电镜成分分析

3）通过微观金相发现组织异常，调质处理效果不好，淬硬层远未达到预期的深度，观察到的裂纹基体中的部分被氧化但未没有形成脱碳，说明是疲劳裂纹，是在调质处理之后产生；同时裂纹及基体组织中均未发现夹杂，可排除夹杂。