摩擦焊机主轴断裂失效分析.pdf

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1、2014年4月机械设计与制造工程Apr．2014第43卷第4期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．4DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．04．018摩擦焊机主轴断裂失效分析范伟(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077)摘要：对中国某型号摩擦焊机主轴断裂失效事故展开实例研究。对断裂主轴的化学成分、金相组织等进行分析，结果表明：主轴断口形貌具有明显的贝纹扩展特征，断面总体上属于低公称应力和偏载应力集中状况下的旋转弯曲疲劳断裂。关键词：摩擦焊机；主轴；疲劳断裂；失效中图分类号：

2、TG142．41文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)04—0071—04轴在机械设备中工作条件较为复杂，生产现场l主轴材料的理化检测与分析轴类断裂的故障时有发生。针对发生的轴类断裂1．1化学成分检测事故，找出轴件断裂原因，对提高设备的安全性、经合金元素加人钢中之后，对钢的相变、组织和济性有着重大的现实意义和指导意义。本文针对性能的影响一般取决于合金元素与铁和碳的相互国内某厂家制造的32t摩擦焊机在使用期间发生作用¨J。从主轴小直径段上取样进行材料化学成的质量事故，对断裂主轴作以下几项分析：(1)依分分析，结果见表1，可以看出，主轴材料的化学成据标准进行材料化学

3、成分、力学性能和金相组织等分符合标准规定要求。分析；(2)宏微断口分析；(3)外观检查和断裂原因1．2金相组织检验综合分析，提出改进和防止失效的措施。取纵剖面金相样，组织中有较多厚度超尺寸的表1主轴材料化学成分分析结果及标准规定对照(％)非金属夹杂物，较大尺寸的非金属夹杂物的断续长1．3材料力学性能试验度将近1mm，厚度将近80m。非金属夹杂物的成主轴的力学性能是其设计和选材时的主要依分和形态如图1所示，材料中非金属夹杂物主要为据J。根据标准JB／T10663—2006、JB／T1265—2002硫化锰类和含硅、锰、铝等的硅酸盐类，夹杂物的形的要求，分别在主轴断面两端距离表面1

4、／3R处取态和分布不规则，有沿纵向分布的趋势，这与大尺样，在常温下进行拉伸和冲击试验，试验结果见表寸锻件的锻造比较小有关。金相组织检验结果表2，可见送检主轴的材料力学性能符合规定要求。明：组织晶粒度级别和非金属夹杂物级别符合实际1．4布氏硬度检验要求。在主轴大、小直径段靠近断口侧取横截面试收稿日期：2014—02—13基金项目：中煤科工集团西安研究院管理创新项目(2O12xAYGLoo3)作者简介：范伟(1977一)，男，山西运城人，中煤科工集团西安研究院有限公司工程师，工程硕士，主要研究方向为矿用钻探设备加工制造及质量管理。·71·2014年第43卷机械设计与制造工程(a)S

5、iO形态及尺寸(b)主要非金属成分分布图1非金属夹杂物主要成分及形态表2主轴材料力学性能试验结果样，打磨后进行布氏硬度测试，结果见表3。由数2主轴断口的特征分析据得知，各区域硬度分布均匀，符合标准硬度均匀对断口形貌特征进行全面的分析研究，可以了性要求，可以判断主轴疲劳断裂不是由于材料强度解或掌握断裂失效的全过程。不足引起的，而是因为超尺寸的非金属夹杂物造成2．1宏观分析了组织不连续，最后导致了失效断裂。断口宏观分析的主要任务是估算断裂失效应表3主轴布氏硬度测试结果(HBW5／750)力集中的程度和名义应力的高低、断口的平直情况重损伤。从断面上贝纹状花样可以看出，该主轴属和主要特

6、征形貌等。图2是断口宏观形貌，由于于旋转弯曲疲劳断裂，疲劳裂纹起始于消应力槽表在断裂后，匹配断面之间发生相互摩擦，断口局部面线性区域，裂纹扩展的方向如图2中箭头所示。留下擦伤痕，但是断面上主要特征区域断口没有严最终过载断裂区位于一侧边部附近，面积非常小，·72·2014年第43卷机械设计与制造工程断区面积不到断面总面积的1％，疲劳断口区的微周旋转弯曲疲劳断裂，承载截面存在弯曲偏载，且观断口主要为低应力疲劳断口，说明主轴断口总体主轴材料组织中有较多厚度超尺寸的非金属夹杂上属于低公称应力下的旋转弯曲疲劳断口；断口上物，破坏基体连续性，影响主轴的各项性能，是导致最后瞬断区不是位于内部

7、，而是位于一侧边部附主轴失效断裂的因素。近，属于非对称的旋转弯曲疲劳，说明断裂过程存b．主轴断口侧加工刀痕、消应力槽曲率半径在一定程度的偏载；没有看到大应力过载引起的撕偏小和消应力槽表面存在腐蚀，这些因素导致结构裂纹，或异常机加工类缺陷，说明起裂过程是在表承载能力下降，是导致主轴发生疲劳断裂的重要原面加工刀痕或腐蚀沟痕等微观应力集中位置，经过因。较低的交变应力长时间孕育而形成疲劳裂纹源的。参考文献：消应力槽圆角曲率半径为1．33mm，小于设计[1]马小明，熊烨．高压水泵主轴断裂失效分析[j]