转 K6 型转向架弹簧断裂原因分析与改进措施

引言：转 K6 型转向架是我国铁路货车主力车型的关键部件，其弹簧性能直接影响车辆运行安全和稳定性。近年来随着铁路货运量的持续增长和重载化趋势加剧，转K6 型转向架弹簧断裂故障也呈上升趋势，成为了制约运输效率及安全性的突出问题。据统计，全国铁路货车段修中弹簧更换量年均增长 12% ，断裂事故中约 65% 是源于疲劳损伤。为此，需要深入剖析弹簧断裂的多维成因，并提出针对性的改进措施，进而提升转向架的可靠性，确保铁路货运安全性。

1 转 K6 型转向架弹簧断裂的原因分析

1.1 材料及热处理缺陷

在弹簧热加工过程中，如果保护气氛控制不当，表面容易形成脱碳层。部分弹簧完全脱碳层深度超出标准，表面硬度降低。在车辆运行中反复承受交变荷载，表面抗疲劳性能就会下降，进而产生微裂纹并扩展。回火环节如果工艺把控不精准，会导致回火不充分。此时回火屈氏体组织中残留马氏体相，弹簧硬度可能超出规定范围，材料脆性增加。在动态荷载下裂纹扩展加快，使用寿命缩短。弹簧钢中可能夹杂 A 类细系夹杂物及 D 类细系夹杂物，虽然等级符合标准，但非金属夹杂物和基体间界面结合力弱，在循环力作用下容易成为应力集中点，进而引发裂纹并最终使弹簧断裂。

1.2 设计制造不合理

设计结构上末端间隙过小，支撑圈和邻圈接触紧密，在工作过程中接触压力增加，工作圈圆弧面长期受到挤压就会产生损伤，进而逐渐成为疲劳裂纹的起始点。弹簧内圈和外圈荷载分配不合理，局部区域承受应力超出材料疲劳极限，会加速裂纹扩展。弹簧高度或节距存在偏差，会打破弹簧力学平衡，引发附加弯曲应力，缩短疲劳寿命[1]。在制造方面，干磨工艺会造成磨削烧伤，支撑圈表面温度升高，形成硬度高但韧性差的白亮淬火层。加工时留下的切削螺旋纹可能引发应力集中，在疲劳试验中成为优先开裂的位置。搬运时操作不当，弹簧外弧面出现椭圆凹坑，造成应力集中。

1.3 运用环境差

弹簧运行环境相对潮湿时，表面容易产生锈蚀，而锈蚀引发的腐蚀坑会改变弹簧表面应力分布，提高应力集中系数。在车辆运行时弹簧反复承受交变荷载，腐蚀坑就会成为疲劳裂纹萌生点，随着荷载循环次数增加，裂纹不断扩展，最终导致弹簧断裂。在车辆运行中，轨道不平顺的位置会引起瞬态冲击荷载，这种冲击荷载有突发性和不确定性，会使弹簧承受超出设计值的动态应力，超过弹簧材料疲劳耐受范围，加速疲劳损伤累积。制动系统散热不良，弹簧局部温度升高，材料在高温下蠕变强度下降，产生永久变形，且随时间不断积累，最终破坏弹簧正常工作状态而发生断裂。

2 转 K6 型转向架弹簧断裂的改进措施

2.1 优化材料与热处理

摒弃传统的热处理方式，选用可控气氛连续炉进行淬火处理。精确控制炉内气氛成分和压力，在弹簧加热过程中防止氧化脱碳，保证完全脱碳层深度不超过 0.05mm ，总脱碳层深度不超过 0.2mm ，提升弹簧表面硬度和抗疲劳性能。在回火工艺上引入等温回火技术，将弹簧加热到 450⋅480^∘C 后，置于特定盐浴炉内保温 2-3 小时，消除残留马氏体相，将低材料脆性，提高韧性[2]。针对夹杂物采用电渣重溶工艺，利用电流通过熔渣产生的电阻热进行重熔，去除钢中的非金属夹杂物，使 A 类夹杂物控制在 0 级，D 类夹杂物控制在 0.5 级以下，减少裂纹萌生点，增强材料可靠性，延长弹簧使用寿命。

2.2 改进设计制造工艺

在结构设计中精确调整末端间隙，将支撑圈和邻圈间隙扩大至 1.0mm ，降低接触应力，减少挤压损伤。采用有限元分析技术优化弹簧节距和高度比，使应力分布更均匀，降低最大应力，提高疲劳寿命。收紧几何尺寸公差，将弹簧自由高度缩减到 ±1mm ，节距公差缩减到 |±0.5mm 。在制造工艺上，采用水冷湿磨代替干磨，控制进给量低于0.05mm 转，使磨削后表面粗糙度 Ra≤1.6um 。采用直径 0.6mm 的钢丸进行 100% 覆盖喷丸强化处理，使表面残余应力达到-400MPa 以上，增强抗疲劳能力。运用机器视觉系统检测表面缺陷，达到 0.02mm 缺陷识别精度，保证弹簧质量。

2.3 强化运用维护管理

加强腐蚀防护，采用先进的涂层技术，在弹簧表面均匀涂覆三层达克罗涂层，提升耐腐蚀性能，有效隔绝潮湿环境对弹簧的侵蚀，从而降低因腐蚀产生疲劳裂纹的风险。强化荷载监测，在弹簧关键部位安装高精度应变传感器，实时监测弹簧承受荷载[3]。当动态应力超出设计值 20% 时系统立即触发预警，提醒工作人员检查处理，避免弹簧长期超载运行发生断裂。实行定期检修，制定科学完善的弹簧专项检修规程。规定每运行 50 万公里就要采用超声波探伤技术对弹簧进行全面检测，精准识别出内部裂纹。一旦发现裂纹深度超过了 0.5mm ，要立即强制更换弹簧，保障列车行车安全，延长弹簧整体使用寿命。

3 结论

转 K6 型转向架弹簧断裂故障的发生，是材料、设计制造、运用环境等多方面因素共同作用的结果。材料热处理缺陷使弹簧性能劣化，设计制造不合理造成应力集中和尺寸偏差，运用环境差加速疲劳损伤。针对这些问题，应优化材料和热处理工艺，提升弹簧内在质量，改进设计制造工艺，优化结构并体高精度，强化运用维护管理，借助腐蚀防护、荷载检测、定期维护等手段实时保障弹簧状态，避免弹簧断裂发生。

参考文献：

[1]郭晓东.浅谈保证 K6 型转向架摇枕内部密实度的工艺方法[J].铸造设备与工艺,2021,16(5):13-15.

[2]公禹豪,许彦强,王蒙,等.转 K6 型转向架交叉杆裂纹扩展与失效行为研究[J].铁道车辆,2022,60(4):62-68.

[3]但启安.转 K6 型转向架弹簧疲劳试验早期断裂原因分析[J].轨道交通装备与技术,2024,32(1):25-27.

作者简介：姓名：刘茁 性别：男 出生日期：1990 02130 学历：大学本科籍贯：吉林省长春市 民族：汉 职称：高级技师 研究方向：铁路货车运用维修