中车贵阳车辆有限公司 贵州省贵阳市 550017
摘要：本文通过对生产过程中六轴一系弹簧端面裂纹问题进行了理论分析，得出产生端面裂纹的主要原因是：弹簧在磨削过程中控制不当，存在端面局部二次淬火，致使弹簧产生局部内应力拉裂，导致弹簧产生早期断裂。通过实验验证，增加一次回火和完善磨簧设备可以消除因面磨削工作产生的内应力，减少弹簧因二次淬火引起的裂纹和弹簧早期断裂。
关键词：六轴一系弹簧；二次淬火；回火；裂纹；断裂
一、引言
六轴一系弹簧用于 120 公里/小时六轴大功率货运交流传动电力机车转向架，由公司负责试制，并形成批量生产。从开始生产六轴一系弹簧以来，并投入有效运行后，在车辆运行时出现多起弹簧初期断裂的现象，断裂部位均在断面位置。产生运行初期断裂的主要原因是端面出现裂纹引起。针对该现象，特对产生的裂纹进行详细的分析，制定相应的措施，提高六轴一系弹簧的产品质量。
二、原因分析
1.断裂主要原因
六轴一系弹簧的现有生产流程是：原材料下料→端面制扁→加热卷制→加热淬火→回火→压缩→打稍尖→一次无损检测→磨削→二次无损检测→抛丸处理→二次压缩→实验（检测）→喷漆→包装
弹簧产生裂纹的原因主要有以下几种：
⑴原材料本身存在裂纹。
⑵淬火温度较高。
⑶制扁时控制不当，造成制扁部位存在折叠，在卷制与淬火过程出现裂纹。
⑷磨削控制不当或冷却不好，导致弹簧出现局部二次淬火。
⑸回火不及时，造成弹簧淬火后内应力过大而产生裂纹。
2.断裂原因分析
⑴每批次原材料到厂后均进行相关成分及性能复验检测，并进行探伤检测，符合要求后，才投入生产，未出现原材料不符合及裂纹的现象。
⑵对生产过程的热处理工序进行监控，弹簧在卷制后冷却到600℃左右进均温炉进行加热再淬火，同时由专人进行检测并记录，不存在淬火温度高的现象。
⑶在制扁过程中，均设置有专人进行检查，对出现折叠的现象进行打磨处理。如个别弹簧制扁存在折叠流入下工序，在卷制或淬火时产生裂纹，在无损检测时是可发现。因此可以排除因制扁问题，在卷制和热处理时产生裂纹的现象。
⑷从生产能力上分析，在工艺装备的设计和考虑上就已经进行了验证，卷制与回火的产能完全匹配，不存在回火不及时的现象。
⑸对磨削后出现裂纹或发蓝的弹簧分别进行取样，进行金相、裂纹、硬度分析，分析结果如下：
①硬度（HRC）为60左右
②金相组织存在二次淬火马氏体组织。
③在金相组织中存在（1.6-2.6）mm深度的白亮层。
④裂纹成网状现象，非线性裂纹见图一。
⑹对出现早期断裂的弹簧进行取样，进行金相、硬度分析，金相组织见下图二。
图一 图二
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100倍 100倍
从组织图上看，在基体组织上出现了白色组织。分别在基体组织和白色组织下打显微硬度，硬度值见表一：
表一：硬度值（HRC）
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因此可得出，弹簧在磨削时，由于磨削量不一样和过程冷却不到位，是导致个别弹簧断面温度过高和发蓝的主要原因。同时对发蓝部分进行金相分析，结果是在金相组织中存在少量的二次马氏体组织。
根据以上分析可以得出在磨削过程中存在局部二淬火，金相组织发生了一定的变化，基体组织存在马氏体，磨削后发蓝位置的硬度（HRC）在60左右，超出产品技术要求（产品硬度要求为HRC：45-50）。由于内应力大，产生断裂的现象。弹簧在运行过程中，在载荷的作用下，出现马氏体与基体（回火屈氏体）应变协调不一致产生裂纹，导致弹簧早期断裂。因此可以初步确定产生裂纹引起弹簧早期断裂的主要原因是由于弹簧磨削控制不当或冷却不好导致弹簧端面局部二次淬火引起。
三、改进方案及措施
1.磨簧机的改进方案
⑴在原有磨簧机的基础上进行改造，确保实现冷却无死角，确保磨削部位随时处于冷却状态。
⑵改造磨簧机，使磨削实现自动进给，避免人工进给造成进给量过大而引起局部过热产生淬火的可能性。
实施后，磨削后的弹簧端面发蓝现象基本消除，端面质量比以前有显著改观。同时对磨削后的弹簧端面取样进行金相组织分析，结果在磨削端面局部仍然存在白亮层，但深度已下降到0.09mm～0.12 mm，这说明，采取以上措施后有一定效果。
2.工艺方案的改进
针对弹簧出现淬火组织，存在较大内应力的现象，在磨削后增加一次中温回火，来消除淬火组织。回火工艺为：采用连续式回火电阻炉进行回火，回火温度采用460℃-480℃，回火时间不少于50分钟，同时磨削后必须保证及时进行回火，防止内应力较大产生早期拉裂的现象。使其获得回火屈氏体组织，消除二次淬火出现的马氏体，消除裂纹产生的趋势。增加一次回火处理的分析结果如下：
⑴平均硬度为（HRC）48。
⑵金相组织为回火屈氏体，白亮层完全消失，金相组织图见图四。
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图四
从分析结果看，在磨削后增加一次回火能达到消除二次淬火组织的目的。通过多次试验验证，该方案可以消除端面局部二次淬火组织，防止弹簧出现裂纹和早期断裂。为保证产品质量的稳定，特完善了六轴一系的热处理工艺，在磨削后增加一次回火处理。对增加一次回火处理后的弹簧进行无损检测，端面裂纹的现象基本消除。
四、结论
弹簧磨削后增加一次回火，能消除因磨削造成的二次淬火马氏体组织，可避免因磨削过程控制不当造成内应力拉裂和早期断裂现象，回火后金相组织、硬度、基本性能符合技术要求，该方案基本可行。产品质量得到有效保证，确保车辆有效运行。
参考文献：
[1]《弹簧手册》张英会刘辉航、王德成；主编；机械工业出版社；1997。
[2]《弹簧工》天津机车车辆机械工厂弹簧工编写组；铁道部工业总局。