混凝土泵s管阀花键轴断裂失效分析

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1、混凝土泵S管阀花键轴断裂失效分析使用维修OPERATION&MA!NTENANCE混凝土泵S管阀花键轴断裂失效分析陈国安(工程兵指挥学院，江苏徐州221004)［摘要］对混凝土泵S管形分配阀花键轴发生断裂事故的失效机理进行了综合分析,指出严格控制热处理工艺参数对提高花键轴的疲劳寿命具有重要作用.［关键词］分配阀;花键轴;失效分析［中图分类号］TU646［文献标识码］B［文章编号］1001—554X(2008)09—0109—04Crackfailureanalysisforsplines

2、haftofSpipevalveofconcretepumpCHEGL10—a”S管形分配阀在混凝土泵中的应用相当广泛，在泵送作业过程中,分配阀使用寿命较短，特别是其花键轴常岀现疲劳断裂的事故，严重影响施工的正常进行.本文从材料性能，化学成分，断口宏观形貌以及显微组织等方而对S管阀花键轴的断裂失效机理进行了综合分析.1性能与化学成分测试为了分析花键轴发生断裂的失效机理，现对两种不同材质的3件断裂花键轴进行宏观和显微分析，表1所示为其基本的设计性能参数和工艺要求，表2-6分别为各断裂花键轴试件的实

3、测硬度数据和化学成分.由表2可知,花键轴的硬度值偏高，而見齿表面硕度值在47〜58HRC之问变化，分布不均匀，表明其组织分布也是不均匀的.从表3和表4中所列数据可以看出，试件2和试件3的齿面淬火硬度满足要求，但其调质硬度值却显得过低.从表5,表6来看,3个试件的化学成分完全达到国家标准•下面以试件1为对象，对其断裂原因进行分析.表1断裂试件的设计技术要求编号材质外形尺寸/mm热处理_T艺及要求试件142C「Mo〜80调质处理+高频淬火试件240G〜80调质处理后硬度为225-255HB试件34C

4、1C1*〜80花键齿高频淬火破度为46〜52HRC表2断裂试件1的实测硬度数据测试点硬度/HRC硬度值范围测试区域123456HRC换算值/HB调质区29273030.528.52727〜30263〜283齿顶表面57515358524747—〜58［收稿Et期］2008—03—13［通讯地址］陈国安，徐州市工程兵指挥学院4系建冠礼拭2008.09(上半月刊)109110使用维修OPERATION&MAINTENANCE表3断裂试件2的实测硬度数据测试测试点硬度值平均值区域1234567

5、8调质区/HB172168190156166191209I8()179淬火区/HRC5().659.646.349449.951.2表4断裂试件3的实测硬度数据1・测试测试点硬度值平均值区域1234567891()调质区/HB207199137155218209158136134137169淬火区/HRC494843.350.350846.947.748.548表5断裂试件1的化学成分分析检验项目CSiMnCrMoPS检验值/()42().280.651.08().17().()120.007标

6、准值/0.384045().17〜0.37().50〜O800.90〜1.200.15t0.25一表6断裂试件2和3的化学成分分析检验项目CPSCr试件标准值/037〜0.44W0.035W00350.8O〜1.10试件2检验值/0.430.020().()14().80试件3检验值/0.380.02()().0090.932断裂失效分析2.1断口宏观形貌分析图1为试件I的断口形貌图•从图I中A位置可以看出，主裂纹源在齿根部起裂，形成一较小的疲劳源区(B区)，粗糙放肘区(C区)为快速扩展断裂区，

7、断裂面与轴向成45.角，形成花键轴断裂主断面•由于花键轴受双向扭转力作用，所以有2个裂纹源，形成2个断裂面，分别如图2和图3所示.次裂纹源也在齿根部起裂，如图4所示，但主断面先断开，另一断面未扩展至表面，故在断裂面上可看到与主断面汇合的另一断裂面台阶(D位置)，其断裂面与主断面方向相反，与轴向也成45•角•图I的断口形貌属于典型正断断裂特征，由此可确定断裂性质为扭转低周疲劳断裂,这也可从如下4个特征进一步证实.(1)在图1的B区放大后可见多个疲劳源，形成一些小台阶，由于受到挤压磨损使得表面较光滑

8、,并可见到间距较大的疲劳贝纹线.如图2所示.(2)将图1的B区经局部放大，又可见到明显的轮胎花样(疲劳断裂的主要特征Z—).如图5所示.(3)疲劳区所占的区域比例较小，瞬时断裂区占的比例较大.(4)断裂表而与轴向呈45.角，即扭转正向断裂.由此分析断裂机理，在花键轴的齿根部位先形成微裂纹，即疲劳核心，经反复扭转，使疲劳建冠札拭2008.09(上半月刊)图1断口形貌图2主断面的疲劳区形貌14X图3次断面的疲劳区形貌7X图5轮胎花样形貌14X2.2显微组织分析在疲劳源区附近线切割取样，观察齿顶与齿根