掘进机截割减速机输出轴断裂原因分析

2014-11-06张加园曹金娣

冶金设备 2014年1期

赵会张加园曹金娣

（天津赛瑞机器设备有限公司天津 300301）

1 概述

公司生产的EBZ75掘进机适用于井下岩石硬度f≤5.5的煤巷、半煤巷的巷道掘进，也适用于条件相似的其它矿山及工程隧道的掘进。此断裂轴是该掘进机在全岩巷道工作时发生的断裂。故本文对该输出轴断口进行断口观察，对轴的化学成分、金相组织、力学性能等进行较为系统的检测，对此次断裂故障进行综合分析，确定断裂性质和断裂原因，并提出预防改进的措施。

2 该输出轴使用情况和技术要求

2.1 轴的形式

如图1所示，图为减速机输出轴的结构形式，断裂位置位于渐开线花键根部。

2.2 技术要求

图1 轴的结构形式及断裂位置

此减速机输出轴选用的材料为35CrMo锻材，调质处理要求硬度为HB240-280，渐开线花键氮化深度≥0.5mm，花键表面硬度为HV≥500。力学性能强度要求805～93 1MPa，冲击功要求≥47J。

3 检验

3.1 输出轴断裂实物检测

现场断裂输出轴宏观形貌如图2所示。轴断裂面在图下方，断裂位置如图箭头所示。

3.2 硬度检验

图2 断裂输出轴宏观形貌图

表1 硬度检验结果（H B）

图3 硬度试验取样位置

表2 化学成分分析结果

3.3 力学性能检验对输出轴断裂处附近取试样按GB／T 22 8《金属材料室温拉伸试验方法》和GB／T229《金属夏比缺口冲击试验方法》标准进行拉伸和冲击试验，实验仪器为摆锤式冲击试验机，得到的冲击功为AKV＝16J，较标准要求的35CrMo锻件冲击吸收功47J［1］小。

3.4 化学性能检验

化学成分分析结果见表2，经与GB／T3077-1999标准中35CrMo标准值比对，符合其标准规定［2］。

3.5 金相性能检验

通过图4可以看出，金相组织主要有贝氏体铁素体索氏体组成。

图4 轴的显微组织

通过图5可以看出组织偏析严重。

3.6 低倍试验检验

图5 轴的显微组织

图6 轴的低倍组织

低倍酸浸检测［3］结果如图6、图7所示，低倍组织显示靠心部区域存在点状偏析，按标准GB／T226评定为一般偏析。

4 断裂原因分析

1）通过化学成分分析结果发现该减速机输出轴选取的35 C r M o各项元素含量均在要求范围之内，该输出轴的化学成分符合要求。

图7 轴的低倍组织

2）通过硬度检验结果显示，所测各点硬度值基本在要求的HB240-280范围内，由此可知热处理后硬度基本达标。中心部位个别点低于要求，主要是由于该材质淬透性较差，心部硬度会略低于表面硬度，属于正常现象。

3）按照标准力学性能检验中，发现冲击结果远小于技术要求，故判断此次断裂主要原因是冲击性能不达标。韧性时金属材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，它是强度和塑性的综合表现。在力学试验中，冲击韧性是一项重要的性能指标，在工作载荷与内应力作用下材料抵抗变形能力将变弱，会发生突发的脆性断裂，就如本次输出轴断裂事故，经过取样试验，断裂处的冲击功仅有16 J，远低于要求值（47J）。

4）由于冲击出现严重问题，故按标准做金相试验和低倍试验。

非金属夹杂应控制在一定的范围内，一旦出现超标，就破坏了机体组织的连续性，在接触应力的作用下，容易造成过热或应力集中，成为裂纹源。

碳化物的不均匀性包含有带状碳化物、液析碳化物和网状碳化物，带状碳化物时沿轧制方向呈带状分布，液析碳化物为钢液凝固时因枝晶偏析而析出共晶碳化物，其往往形成粗大的块状和带状分布，网状碳化物时由于终锻温度过高，热处理加热后冷却速度低而形成的。碳化物不均匀会使热处理时出现裂纹、疲劳强度降低和淬火软点等缺陷，工件出现早期损坏。

由金相实验所做出的图片可以看出试样组织偏析严重，低倍实验评定为一般偏析，偏析对工件的力学性能影响较大。