某水泥廠的1200型旋回
破碎機(jī)用于礦石的一級(jí)破碎，其主軸與錐體襯板裝配在一起，構(gòu)成破碎圓錐，主軸上下支點(diǎn)距離遠(yuǎn)，工作條件惡劣。該破碎機(jī)主軸使用15個(gè)月后突然斷裂。根據(jù)圖紙要求，該主軸材料為37SiMnMoV鋼，熱處理后硬度為241 - 286 HB，主軸不允許有影響強(qiáng)度的缺陷存在。該斷裂主軸與破碎機(jī)錐體的裝配圖如圖1所示，斷裂部位距錐體底部約500 mm。斷面與主軸軸線垂直，有多個(gè)斷裂源。在斷裂源區(qū)可觀察到明顯的疲勞花樣。
1、理化檢驗(yàn)
對斷裂主軸取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。由表1可以看出，斷裂主軸化學(xué)成分與55鋼成分相近，但不符合圖紙中主軸材料為37SiMnMoV鋼的要求。對主軸進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，硬度值為180 - 220HB，與技術(shù)要求相比，斷裂主軸硬度略低。
對斷裂主軸取樣進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)，組織為珠光體+鐵素體，珠光體團(tuán)尺寸較粗大，有帶狀組織，根據(jù)GB/T 13299-1991《鋼的顯微組織評(píng)定方法》，帶狀組織為5級(jí)。
對斷裂主軸斷口取樣進(jìn)行掃描電子顯微分析，并對源區(qū)進(jìn)行EDX分析，在該區(qū)未發(fā)現(xiàn)異常元素。對斷裂主軸的斷口觀察表明．?dāng)嗔褭C(jī)制為解理。
2、斷裂原因分析
從以上檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，斷裂主軸選用材料與圖紙要求不符，采用55鋼替代37SiMnMoV鋼是不合適的。兩種鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后可獲得相似的組織，與55鋼相比，在淬火加熱保溫過程中，37SiMnMoV鋼可固溶大量合金元素如Si、Mo.V、Mn等，具有較高的淬透性。另外，37SiMnMoV鋼有很好的回火穩(wěn)定性。因此，37SiMnMoV鋼零件經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，有較高的綜合力學(xué)性能，使用過程中不容易產(chǎn)生疲勞裂紋。該斷裂主軸硬度偏低，其強(qiáng)度自然也低。在交變載荷作用下易產(chǎn)生疲勞裂紋核心，疲勞裂紋也易于擴(kuò)展。晶界可看作裂紋擴(kuò)展的障礙，粗晶粒的零件強(qiáng)度低，韌性差，在交變載荷作用下容易產(chǎn)生不均勻滑移，導(dǎo)致疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展。斷裂主軸晶粒粗大，且組織不均勻，故疲勞裂紋易于萌生和擴(kuò)展。從組織狀態(tài)看，斷裂主軸金相組織為珠光體+鐵素體，可以推斷該主軸的熱處理工藝應(yīng)為正火處理，雖然正火處理可以獲得與調(diào)質(zhì)處理相同的硬度，但調(diào)質(zhì)處理所獲得的樣品具有較高的疲勞極限。斷裂主軸有明顯的帶狀組織，有大塊鐵素體存在，珠光體片層間距大，這些因素也會(huì)導(dǎo)致主軸出現(xiàn)早期斷裂。
3、結(jié)論及采取的措施
綜合上述分析可知，主軸材料與技術(shù)要求不符是該主軸出現(xiàn)早期斷裂的主要原因，主軸的組織狀態(tài)也是影響其使用壽命的重要因素。為預(yù)防同類事故的發(fā)生，在零件制造過程中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用制造材料，嚴(yán)格按技術(shù)要求加工，保證主軸的組織狀態(tài)和力學(xué)性能滿足使用要求。
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