轧机万向接轴叉头断裂失效分析

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1、中国冶金装备网—中国冶金人的网轧机万向接轴叉头断裂失效分析陈红辉1，樊建成1，薛勇强2，俞建敏2摘要：某轧机万向接轴叉头断裂后，造成停机时间较长，直接影响正常生产。为减少或者避免今后重复故障的发生，针对断裂的叉头进行失效分析。本文主要从材料成分、力学性能、断口显微组织等方面开展失效分析。关键字：叉头断口失效分析Failureanalysisonthefork’sfractureofuniversalspindleforkedjointoftypicalrollingmillChenhong-hui1,Fanjian-cheng1，Xueyong-qiang2，YuJian-min2(TheEq

2、uipmentDepartment1/SteelPipeandBarBusinessUnit2，BaoshanIron&SteelCo.,Ltd，Shanghai201900)Abstract:Aftertheuniversalspindleforkedjointoftypicalrollingmillruptured,itwouldcausedown-timelongerandeffectnormalproduction.Forthesakeofreducingandavoidingrepetition'stroubles,itisnecessarytocarryoutfailureanal

3、ysis.Thistextwillcarryoutfailureanalysisfrommaterialcomposition,mechanicalproperties,microstructure,etc.KeyWords:fork；fracture；fracturefailureanalysis1、概述冶金企业轧机用万向接轴均要求传递扭矩大，允许倾角大，最大回旋直径控制并且抗冲击。万向接轴经受扭转、弯曲、拉压交变载荷以及重载接触交变载荷和磨损的共同作用。本文所阐述的万向接轴应用于大开口度二辊可逆式轧机，轧机最大轧制力约3.0×107N，万向接轴传递最大扭矩约1.39×107N.m，最大倾角

4、约6.8度。万向接轴是在动态点检中发现轧辊侧叉头断裂，于是生产组织实施单机轧制。经调查，该万向接轴经修复后在线使用时间较短。为有利于下一步设备状态的把握，减少或者避免重复故障的发生，有必要明确叉头断裂原因。2、宏观断口分析从叉头断口宏观检查，断口形貌如图1所示，为典型的瞬断断口形貌，断口无明显疲劳扩展条纹，断面与轴线45夹角，呈低周高应力状态下发生脆断。裂纹源位于叉头根部圆角（堆焊层）应力集中部位，呈放射状扩展，同时可以发现沟槽内有明显的裂纹。可以初步判断，叉头断裂与堆焊有关。图2为断裂源区宏观裂纹。图1叉头断口形貌图2断裂源区宏观形貌3、材料成分分析万向接轴叉头设计材质34CrNi3Mo锻造

5、中国冶金装备网—中国冶金人的网，采用合理热处理工艺能够获得良好的综合性能。该材料的裂纹敏感性较高，可焊性较差，而发生断裂的叉头是经过堆焊修复的。该材料的化学成分要求：C-0.3～0.36%、Mn-0.5～0.8%、Si-0.3～0.6%、Cr-0.9～1.2%、Ni-1.5～1.8%、Mo-0.35～0.5%、P≤0.015%、S≤0.007%。根据断裂的叉头化学成分检验结果，基本正常。因此，断裂与叉头母体材料的成分没有必然联系。4、力学性能测试分析万向接轴磨损（承载）表面堆焊修复后，在生产线上使用时发生断裂。对断裂的万向接轴叉头磨损表面进行力学性能测试分析。根据叉头承载表面下不同深度取样后进

6、行拉伸试验，试样分别编号为1#、2#、...、7#，表1给出单轴拉伸力学性能测试结果。同时，拉伸试验得出的应力-应变曲线显示3#试样达到一定拉力后瞬间断裂。表1不同深度试样拉伸力学性能测试结果试样深度(mm)编号试样厚度a/mm试样宽度b/mm截面积S0/mm2标距Le/mm0.1%屈服Rp0.1/Mpa0.2%屈服Rp0.2/Mpa抗拉强度Rm/MPa1-3/2-41#1.763.736.56510.0784.82817.00848.973-5/4-62#1.763.746.58210.0819.80839.15852.715-7/6-83#1.773.746.62010.0917.7393

7、3.56934.207-9/8-104#1.763.76.51210.0646.96667.49831.669-11/10-125#1.773.726.58410.0988.771008.001085.6811-13/12-146#1.753.716.49210.0951.13957.661006.7013-15/14-167#1.773.736.60210.0662.25683.48830.03