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φ2.6 m×13m球磨機入料端中空軸斷裂原因分析

發布時間:2013-05-26 08:07    來源:未知

     唐山啟新水泥有限公司∮2.6 mx13 m球磨機于1979年安裝,生產能力28—29t/h,電機功率1000 kW.多年來,沒備運轉率達85%以上。1998年9月將球磨機入料端中空軸進行更換,2000年11月設備巡檢時發現球磨機人料端軸承座產生周期擺動,立即停機檢查,發現磨機入料端中空軸軸根部位出現裂紋,裂紋最寬部位已達5 mm,沿圓周檢查裂紋長度已超過圓周長的2/3,對裂紋進行深度檢查,裂縫有穿透現象,說明已形成穿透性裂紋。這使得該磨機筒體與支撐的中空軸產生不同軸度,在交變沖擊載荷下,軸承座產生周期性擺動而失去平衡。
1、斷裂中空軸的測量、取樣分析和強度檢測
    經過測量,中空軸軸根鑄造圓角近似R30;而且圓弧部位凹凸不平,軸根厚度為90 mm。設計圖紙要求軸根鑄造圓角R80,圓弧要求平滑,軸根厚度為80 mm。
    對斷裂中空軸部位取樣進行成分化驗分析和強度檢測。
    (1)化學成分。測得其主要化學成分C,Si,Mn,S和P的質量分數(%)分別為:0.43,0.31,0.67,0.023和0.01。
    (2)機械性能。于斷口處取樣二個進行測試,其中試樣;試樣2的拉伸試驗斷頭裂紋形狀彎曲不規則,斷口表面呈暗紅色,屬于熱裂。
    (3)金相檢查。斷口處有粗晶偏析(圖2);其它部位:無粗晶異常現象,金相為等軸晶粒。
    (4)低倍組織檢查。在斷口處未發現明顯缺陷,但斷口兩側出現縮松和夾雜。
2、綜合分析
    根據現場測量和取樣檢測,造成磨機人料端中空軸軸根部位裂紋的原因主要有以下幾方面。
     富通新能源生產銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機設備。
1.1鑄造圓角不符合設計要求
    鑄造圓角過小,造成交變載荷下應力集中過載;鑄造表面凹凸不平,外表面所承受的彎曲應力較大。疲勞裂縫都是在零件表面起源,裂紋通常起源于零件的應力集中處或材料的缺陷處,如:刀痕、刮傷、圓角及臺階。球磨機中空軸承受旋轉彎曲和沖擊載荷,由于圓角過小及表面質量問題形成應力集中,則在軸根處的圓周部位產生多處疲勞源,在交變負載作用下,同時向內擴展,在已斷裂的疲勞斷口上可以見到起伏比較明顯的臺階——疲勞溝線。疲勞裂縫形成之后,由裂縫分離的兩個表面,在應力交變時,時而張開,時而閉合。當閉合時,兩表面互相擠壓和摩擦,周而復始的反復,形成裂縫表面光滑。由于疲勞斷面發展緩慢,裂縫表面接觸次數頻繁,致使斷口表面光滑。
    球磨機中空軸的斷裂,從宏觀斷口上可以看到向心分布的若干個疲勞臺階(圖5)。由于鑄造圓角太小,局部出現尖角,在軸根處形成線性疲勞源,若干個源點,隨著振幅的大小,同時擴展,在擴展中形成臺階。
2.2化學成分達不致到設計要求
    中空軸材料的設計要求和實際檢測結果見表1。由表1可知,中空軸的含碳量已超過ZG270-500的設計要求。球磨機中空軸在工作狀態承受彎曲和沖擊作用,需要有好的塑性和適當的強度,以及良好的鑄造性能。而所用材料由于冶煉中的問題使含碳量超標,造成了鋼的硬度和強度過大,塑性下降,在交變沖擊載荷下,使脆性斷裂的傾向增加。
2.3鑄造缺陷及組織的影響
    因為中空軸的重要作用,設計要求鑄件不得有任何影響強度的缺陷。影響鑄鋼件機械性能并起主導作用的因素是凝固成型中的冷卻速度。如果鑄鋼件的截面尺寸增加,凝固和冷卻時間隨之延長,鑄態組織將會產生疏松、氣孔、夾雜和偏析等有害影響,使機械性能特別是塑性下降。
    球磨機中空軸與軸端蓋相交處即圓角過渡部分,形成冷縮不均,在澆鑄后熱量擴散慢,無形中增長了冷凝時間。此處的厚度比其它部位厚,處理不當極易產生疏松與夾雜,組織中的疏松與夾雜等缺陷的存在,不僅使零件的有效截面減小,降低強度,而且在缺陷處容易產生應力集中現象。同時,增加缺陷附近基體的實際載荷,在斷口兩側出現縮松區并有夾雜物。
    ZC270-500澆鑄成型后需經熱處理880~900℃完全退火,以消除殘余應力,細化晶粒和消除偏析。從圖2來看,鑄件熱處理未能完全消除偏析和細化晶粒。我們知道組織的均勻性對材料的疲勞強度也會產生重要影響,組織的均勻性愈好,則材料的疲勞強度愈高。圖2和圖4的低倍組織缺陷均降低了材料的疲勞強度。
3、結論
    經過測量、檢驗、分析,∮2.6 mx13m球磨機人料端中空軸為不合格產品。由于制造單位沒有嚴格按照設計圖紙要求去做,又沒有必要的檢測手段,致使設備主要零件形成疲勞斷裂,造成使用單位停機512h的設備事故。

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