軋機(jī)萬向接軸叉頭斷裂失效分析

1、中國冶金裝備網(wǎng)—中國冶金人的網(wǎng)軋機(jī)萬向接軸叉頭斷裂失效分析陳紅輝1，樊建成1，薛勇強(qiáng)2，俞建敏2摘要：要：某軋機(jī)萬向接軸叉頭斷裂后，造成停機(jī)時間較長，直接影響正常生產(chǎn)。為減少或者避免今后重復(fù)故障的發(fā)生，針對斷裂的叉頭進(jìn)行失效分析。本文主要從材料成分、力學(xué)性能、斷口顯微組織等方面開展失效分析。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：叉頭斷口失效分析Failureanalysisonthefk’sfractureofuniversalspindlefkedjoint

2、oftypicalrollingmillChenhonghui1Fanjiancheng1，Xueyongqiang2，YuJianmin2(TheEquipmentDepartment1SteelPipeBarBusinessUnit2，BaoshanIron&SteelCo.Ltd，Shanghai201900)Abstract:Aftertheuniversalspindlefkedjointoftypicalrollingmil

3、lruptureditwouldcausedowntimelongereffectnmalproduction.Fthesakeofreducingavoidingrepetitionstroublesitisnecessarytocarryoutfailureanalysis.Thistextwillcarryoutfailureanalysisfrommaterialcompositionmechanicalpropertiesmi

4、crostructureetc.KeyWds:fk；fracture；fracturefailureanalysis1、概述概述冶金企業(yè)軋機(jī)用萬向接軸均要求傳遞扭矩大，允許傾角大，最大回旋直徑控制并且抗沖擊。萬向接軸經(jīng)受扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉壓交變載荷以及重載接觸交變載荷和磨損的共同作用。本文所闡述的萬向接軸應(yīng)用于大開口度二輥可逆式軋機(jī)，軋機(jī)最大軋制力約3.0107N，萬向接軸傳遞最大扭矩約1.39107N.m，最大傾角約6.8度。萬向接軸是在

5、動態(tài)點(diǎn)檢中發(fā)現(xiàn)軋輥側(cè)叉頭斷裂，于是生產(chǎn)組織實(shí)施單機(jī)軋制。經(jīng)調(diào)查，該萬向接軸經(jīng)修復(fù)后在線使用時間較短。為有利于下一步設(shè)備狀態(tài)的把握，減少或者避免重復(fù)故障的發(fā)生，有必要明確叉頭斷裂原因。2、宏觀斷口分析、宏觀斷口分析從叉頭斷口宏觀檢查，斷口形貌如圖1所示，為典型的瞬斷斷口形貌，斷口無明顯疲勞擴(kuò)展條紋，斷面與軸線45夾角，呈低周高應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生脆斷。裂紋源位于叉頭根部圓角（堆焊層）應(yīng)力集中部位，呈放射狀擴(kuò)展，同時可以發(fā)現(xiàn)溝槽內(nèi)有明顯的裂紋。可

6、以初步判斷，叉頭斷裂與堆焊有關(guān)。圖2為斷裂源區(qū)宏觀裂紋。圖1叉頭斷口形貌叉頭斷口形貌圖2斷裂源區(qū)宏觀形貌斷裂源區(qū)宏觀形貌3、材料成分分析、材料成分分析萬向接軸叉頭設(shè)計材質(zhì)34CrNi3Mo鍛造，采用合理熱處理工藝能夠獲得良好的綜合性能。中國冶金裝備網(wǎng)—中國冶金人的網(wǎng)12345670100200300400500600700800900100011001200Tensilefailurestrength?b(Nmm2)Scalarofdi

7、stancefromwnsurfaceTensilefailurestrength?b123456020406080100120ImpacttoughnessAkV(J)Scalarofdistancefromwnsurface圖5拉伸斷裂強(qiáng)度圖拉伸斷裂強(qiáng)度圖圖6V形缺口沖擊試樣形缺口沖擊試樣從表1和圖3看出，3#試樣即磨損表面下深5～7mm或6～8mm處材料的拉伸試驗(yàn)延伸率很低，其斷后延伸率僅為0.34％，抗拉強(qiáng)度并不是很高（934.

8、2Mpa），比其Rp0.2(933.56Mpa)僅高出0.7Mpa。在近磨損表面（0～5mm內(nèi)）堆焊金屬的相對伸長可高達(dá)14％。4#試樣的7～9mm或8～10mm處，相對伸長為7.62％，比3#高但仍比1#2#，5#6#等試樣低。5#6#7#試樣相對伸長都不低，且5#和6#試樣有較高的屈服強(qiáng)度，Rp0.2分別達(dá)到1008Mpa和957.66Mpa，抗拉強(qiáng)度也都達(dá)到較高的1085.68Mpa和1006.7Mpa。表2表面不同深度處試樣的沖

9、擊韌性表面不同深度處試樣的沖擊韌性(沖擊功沖擊功)a)ak(J)(J)試樣編號1#2#3#4#5#6#沖擊功（J）77112284411097表2是磨損表面下不同深度處試樣的沖擊韌性測試結(jié)果。圖6是材料的沖擊韌性隨其在表面深度的變化。可以看出，3#沖擊試樣其截面有較低的沖擊功，較其它區(qū)域的沖擊功低。因此，塑韌性較差，與拉伸試驗(yàn)有最低相對伸長的位置相符。從磨損表面下不同嘗試處金屬的拉伸性能和沖擊韌性測試結(jié)果看出，在表面下深5～8mm材料的

10、塑性很低，沖擊功較低，存在有一脆化區(qū)。5、顯微硬度測試分析顯微硬度測試分析取磨損表面下試樣用ShimadjuHMVmicrohardnessTester進(jìn)行硬度測試，得到多組數(shù)據(jù)和硬度分布曲線圖，如圖7、圖8是所示。表面下5～8mm的區(qū)域有較高的顯微硬度。12345678910100125150175200225250275300325350375400HV50Distancefromwnsurface(mm)B024681010012