挖掘机挖斗销轴断裂原因分析

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。图1断裂销轴整体形貌图2断裂位置图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ZeissEVO40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。图4裂纹源图5裂纹源放大图6高速扩展图7新裂纹源产生图8最后断裂图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销图11原材2.4金相检验：将断口磨平后使用zeiss200MAT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。