La broche croisée est un composant important de l'axe universel du moteur à combustion interne de la locomotive.Le matériau de la broche transversale est un acier allié 20CrMnTi de haute qualité., et le traitement thermique consiste en un traitement de carburation et d'éteinte.Les chercheurs ont utilisé une série de tests physiques et chimiques pour analyser les causes de la fracture afin d'éviter que de tels problèmes ne se reproduisent..

1 Essais physiques et chimiques

1.1 Observation à grande échelle

L'épingle transversale cassée est nettoyée par ultrasons, et la morphologie macroscopique de la fracture est illustrée à la figure 1.il existe deux sources principales de fissures et deux sources secondaires de fissures (voir zone A de la figure 1)Il y a plusieurs fissures incohérentes à la branche de l'épingle croisée.qui s'étendent de la plate-forme de l'arbre à charpente à la zone de transition de l'arc à charpente (voir figure 2)- en ce qui concerne l'application de la réglementation relative à l'utilisation de l'aiguille transversale dans le cas d'une contrainte de flexion en alternance.les deux fissures principales s'étendent des deux côtés vers le milieu (voir zone b de la figure 1)Une observation plus approfondie montre que la zone principale de la source de fissure dans la partie supérieure de la figure 1 est relativement claire,et le taux d'expansion de la fissure principale dans la partie supérieure est plus rapide que dans la partie inférieureLes deux fissures secondaires ne laissent pas de tracé d'expansion de fissure clair en raison d'une force moindre.Selon l'arrêt préliminaire de la voie d'extension de la fissure, la source de fracture de la broche transversale apparaît dans le site du chamfer, et le mode de fracture est une fracture par fatigue à sources multiples.

1.2 Analyse de la composition chimique

L'analyse de la composition chimique des échantillons croisés a été effectuée à l'aide d'un spectromètre à lecture directe et les résultats sont présentés au tableau 1.sa composition chimique répond aux exigences de GB / T 3077- -2015, alliage d'acier structurel.

1.3 Essai métallographique

L'échantillon de phase dorée a été prélevé sur le site de la fracture et placé sous un microscope optique pour l'observation, montrant une fissure en zigzag d'une profondeur d'environ 1,05 mm dans la zone de la chamfer de la broche transversale,plus grande taille et une bande de MnS mélangée à la surface de l'échantillon (voir figure 3~4)Après utilisation de la fraction volumique d'une solution d'éthanol de nitrate à 4%, la profondeur de la couche de carburation de surface est d'environ 1,46 mm. Le tissu de surface de l'échantillon est de l'ordre:martensite de trempage + une petite quantité de flextensite (profondeur 0.45 mm) (voir figure 5), de la martensite éteinte + une petite quantité de flextensite (profondeur 0,55 mm) (voir figure 6) et de la bessite + martensite (profondeur 0,55 mm) (voir figure 7).Le tissu de matrice est la martensite + la besite + la ferrite (voir figure 8)..

1.4 Essai de dureté

L'essai de dureté de la section transversale de l'échantillon d'épingle montre que la dureté de Rockwell de la couche non carbonisée est relativement uniforme et que sa valeur est de 28,1 à 31,2 HRC.Toute la section transversale et le tissu de la matrice était assez homogène.

L'essai de dureté a été effectué sur les échantillons métallographiques et les résultats sont présentés à la figure 9.la dureté de l'échantillon de peu profonde à profonde augmente d'abord puis diminue, atteignant la valeur maximale à 0,55 mm de la surface, à 729 HV, puis la dureté diminue progressivement et tend à se stabiliser.Le changement de dureté correspond aux changements de microorganisation de la couche de surface, et le mauvais étanchéité de l'organisation martensitique dans la couche de surface peut résulter d'un trempage insuffisant.

1.5 Analyse au microscope électronique à balayage (SEM)

La morphologie SEM de la zone de la source de fissure de la fracture à broche transversale est illustrée à la figure 10.Il y a des bandes de fatigue plus inégales petit plan ou de petites fossesL'extension des fissures de fatigue réduit l'espacement des bandes et intensifie le degré d'injustice des bandes et des petits trous (voir figure 11).La figure 12 montre la morphologie SEM de la zone de rupture instantanée de la broche transversale, avec les caractéristiques morphologiques de la rupture, et l'épingle croisée se casse rapidement dans son ensemble.

D'après la morphologie macroscopique, la fracture par fatigue multi-sources, la broche transversale est principalement soumise à l'effet de la flexion et de l'alternance des contraintes pendant l'utilisation.le site du chamfer supporte la plus grande charge, et le matériau se fissure à l'interface entre le sulfure et la matrice, formant une source de microcraque.

2 Analyse complète

Avec une grande résistance et dureté, une forte contrainte dans le tissu et une sensibilité à l'écart, le mauvais tissu peut être causé par un trempage insuffisant après éteinte.la principale cause de fracture transversale est la présence d'inclusions MnS de taille relativement importante à l'intérieur et la présence de tissu martensitique mal éteint dans la couche de surfaceLa petite quantité de contrainte générée par le site de l'échafaudage formera le trou entre l'inclusion de MnS de grande taille près de l'échafaudage et la matrice d'acier.l'organisation de la martenite durcie à la surface accélère la formation de microcracks sourceDans la phase d'expansion de la fissure, l'espacement de la bande de fatigue est faible et la bande est inégale, ce qui indique que le taux d'expansion de la fissure est lent; lorsque la fissure s'étend à une certaine taille, la bande de fatigue se décompose en deux parties.la surface de roulement du matériau rétrécit et ne peut pas résister à la contrainte, ce qui entraîne une expansion rapide de la fissure, entraînant une fracture générale de la broche transversale.

3Conclusions et suggestions

La forme de fracture de la broche croisée est une fracture par fatigue multi-source.Le tissu martensitique d'éteinte dans la couche de surface et les inclusions de MnS de grande taille et de bande dans le matériau créent les conditions pour la formation de micro source de fissure, ce qui forme des fissures dans la faible organisation du matériau.Il est suggéré d'améliorer la propreté de l'acier fondu et d'améliorer le processus de traitement thermique pour réduire les inclusions de grande taille dans l'acier et éviter les mauvais microtissus.