挖掘机挖斗销轴断裂原因分析摘要: 石家庄钢铁有限责任公司 高建华 摘要 本文利用扫描电镜、金相显微镜等设备对挖掘 机挖斗销轴断裂件断口形貌、金相组织进行了检验分析,推断为用户加工和热处理工艺不当, 造成销轴注油孔开口处存在应力集中而导致疲劳破 石家庄钢铁有限责任公司高建华 摘要 本文利用扫描电镜、金相显微镜等设备对挖掘机挖斗销轴断裂件断口形貌、金相组织进 行了检验分析,推断为用户加工和热处理工艺不当,造成销轴注油孔开口处存在应力集中而导 致疲劳破坏,为用户改进工艺提供了理论依据。 关键词 疲劳断裂 应力集中 断口形貌 热处理 某用户使用挖掘机进行道路维修土方挖掘作业,使用1155 小时后机手在加注黄油时发现挖 斗销轴断裂向外退出,用手一拉即拉出半截销轴,现场为用户更换销轴后试机工作正常,销轴 材料为40Cr,制造工艺为正火—机加工—调质处理—精加工—感应淬火—磁粉探伤检验,由 于供需双方对销轴断裂原因持不同意见,笔者受委托进行断裂销轴原因分析。 1、宏观分析 销轴外观无人为撞击痕迹,摩擦部位光亮均匀,无明显异常磨损,断裂位置位于销轴中部不 受摩擦处,沿衬套润滑油注油孔中心横向断裂,见图1、图2,断口形貌为典型的表面有应力 集中旋转弯曲低应力高周疲劳断口,裂纹源位于注油孔开口处,起始裂纹扩展缓慢,断口平齐, 扩展至1/2 截面时扩展速度增加,明显可见贝壳纹,同时由于断裂过程中销轴旋转,扩展方向 发生偏转,瞬断区为椭圆状,距表面约3mm,占整个截面5%,见图3。 断口形貌2、理化检测 2.1 化学成分(%): 断裂件化学成分光谱分析结果 (质量分数,%)见表1,符合B/T3077-1999 标准要求。 2.2 断口检验: 在Zeiss EVO 40 扫描电镜下观察断口起源于注油孔开口处,有明显疲劳台阶,未发现夹杂 等冶金缺陷,在扩展初期,由于应力较小,扩展速度较慢,断口因反复张合摩擦成较为光滑的 断口,见图4、图5;扩展中期速度加快,产生微裂纹和孔洞状撕裂,见图6;扩展后期由于 应力较大,在表面多处形成新裂纹源同时向内扩展,形成圆弧状疲劳弧线,见图7,最后断裂 区在距表面约3mm 处形成,瞬断区微观形貌为准解理+韧窝断口,见图8、图9。 瞬断区放大2.3 低倍检验: 分别取断裂销轴距断口约10mm 的横截面和原材试样进行低倍检验:检验结果为中心 疏松1.5 级,无低倍缺陷,见图10、图11。 图10 2.4金相检验: 将断口磨平后使用zeiss 200MAT 金相显微镜观察:注油孔开口处内侧较为粗糙,两侧 不对称,见图12、图13,组织为调质+表面淬火态,表面硬化层不均匀,最深处1.4mm,开口 处0.7mm,见图14。 图12 图13 图14 开口处组织 3、结果分析与讨论: 销轴化学成分、低倍检验和原材低倍检验均符合GB/T3077-1999 标准要求。 断口检验为典型的表面有应力集中旋转弯曲低应力高周疲劳断口,裂纹源位于注油孔开口处, 明显可见贝壳状疲劳扩展条纹,瞬断区偏转并具有准解理+韧窝断口一次断裂特征。 金相检验断裂销轴组织为调质+表面淬火态,表面硬化层不均匀,注油孔开口处硬化层 较小,内孔加工粗糙,两侧不对称。 根据以上检验分析结果推断:销轴在承受旋转弯曲应力时,由于表面组织不均匀和内孔机械加 工缺陷在注油孔开口处存在应力集中形成裂纹源,由于承受的应力较小,裂纹主要以疲劳形式 扩展,瞬断区仅占断口较小比例。 4、结论: (1)挖掘机挖斗销轴使用的钢材符合技术标准要求; (2)由于用户机加工和热处理工艺不当,造成销轴注油孔开口处存在应力集中而导致提 前疲劳破坏。 古今名言 敏而好学,不耻下问——孔子 业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随——韩愈 兴于《诗》,立于礼,成于乐——孔子 己所不欲,勿施于人——孔子 读书破万卷,下笔如有神——杜甫 读书有三到,谓心到,眼到,口到——朱熹 立身以立学为先,立学以读书为本——欧阳修 读万卷书,行万里路——刘彝 黑发不知勤学早,白首方悔读书迟——颜真卿 书卷多情似故人,晨昏忧乐每相亲——于谦 莫等闲,白了少年头,空悲切——岳飞发奋识遍天下字,立志读尽人间书——苏轼 鸟欲高飞先振翅,人求上进先读书——李苦禅 立志宜思真品格,读书须尽苦功夫——阮元 非淡泊无以明志,非宁静无以致远——诸葛亮 熟读唐诗三百首,不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》 书到用时方恨少,事非经过不知难——陆游 问渠那得清如许,为有源头活水来——朱熹 旧书不厌百回读,熟读精思子自知——苏轼 声明访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏, 以及其他非商业性或非盈利性用途,但同时应遵守著作权法 及其他相关法律的规定,不得侵犯本文档及相关权利人的合 法权利。谢谢合作!