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电磁横式起重机构件材料损毁端由剖析

2011-07-29 09:59:29中国起重机招标网

  

  1理化检验

  1. 1宏观分析

  车轮直径为600 mm、宽度为100 mm、轮缘高度为20 mm.该起重机车轮在使用不到1 a时间出现较严重的啃轨现象,并且所有车轮均为内侧啃轨,发生断裂部位均在内侧轮缘根部。现场检查发现,断裂的内侧轮缘向里发生了较大弯曲,说明在断裂前轮缘经历了较大的塑性变形。经检查,车轮其他部位未出现裂纹、疤痕和气泡等明显的缺陷,见1.

  1. 2化学成分分析

  依据YB/T 036. 3―1992《冶金设备制造通用技术条件铸钢件》中对ZG50SiMn化学成分规定,采用美国LCP电感耦合等离子光谱发生仪,在断裂脱落的轮缘基体上取样进行化学成分分析,结果见1.可知车轮基体的化学成分中C含量满足标准要求,但S含量偏高,Si、Mn含量明显偏低。

  1. 3显微组织分析

  在轮缘断口附近切取试样进行显微组织分析。

  经含有洗涤剂的超声波清洗机中清洗,干燥、磨光、抛光后利用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀。金相组织依据GB/T 13298―1991《金属显微组织评定方法》,采用DMM-440C倒置金相显微镜进行观察,显微组织观察依据GB/T 17359―1998《扫描电子显微镜分析方法通则》,采用日立S-3400N电子显微镜进行观察,组织由白色铁素体+黑色珠光体组成,铁素体沿原奥氏体晶界分布,数量相对较少,未发现粗大的魏氏组织,基体上分布较多的气孔和黑色夹杂物,气孔约为10μm,黑色夹杂物约为2μm,且在气孔四周有1层白色区域,见2,厚度约为2μm,对气孔进行能谱分析,见3,表明气孔周围S含量较多,且四周的白亮层是脱碳层,可见在车轮铸造工艺过程中产生了大量的气孔和夹杂。

  1. 4硬度检验

  对轮缘断裂部分取样进行硬度检验,结果表明zui高硬度为23. 6 HRC,zui低硬度为20. 6 HRC.

  根据JB/T 6392. 2―1992《起重机车轮技术条件》,起重机轮缘内侧表面的硬度要求为(300~380)HB,为(31. 5~40. 8)HRC,可见其硬度值远未达到标准要求值,初步认定该车轮未采用合理的热处理工艺。

  2分析与讨论

  理化检验的结果表明,车轮的化学成分、显微组织和硬度等理化指标均未达到相关标准的规定,表明该车轮的质量不合格。根据硬度测试结果可知,断裂轮缘处的硬度远小于其技术要求的硬度范围(31. 5~40. 8)HRC,说明该车轮未按工艺要求进行淬火。该车轮轮缘硬度低,导致其疲劳强度降低,因而在运行过程中就很容易在外力作用下发生疲劳开裂。

  该堆场7台起重机均存在不同程度的啃轨现象,严重的啃轨会使车轮和轨道快速磨损,并在短时间内报废。起重机在使用过程中,车轮内侧主要受到外加载荷和起重机自重产生的静载荷P G,工作时产生的水平动载荷P H,小车在沿轨道运行产生的冲击载荷以及与轨道侧面的摩擦力P S,车轮断裂部位的受力状态主要为由于纵向冲击载荷与轨道产生的压应力。在设计时,起重机的大车车轮轮缘应与轨道保持一定的间隙,一般规定车轮踏面比轨道顶面宽30~40 mm.桥机在正常运行时,车轮轮缘贴着轨道侧面,轮缘与轨道的侧面有轻微的摩擦,也属于正常的导向作用,不会承受太大的侧向水平动载荷和摩擦力,通常是装载和卸载过程中的振动造成,并不影响起重机的使用。经现场调查,该批起重机安装地点为填海形成的陆地,起重机在运行一段时间后,地基发生了不均匀的下沉,致使轨道间距侧轨减小,而车轮跨度不变,从而导致轨道间距与车轮跨度不匹配,后者小于前者,车轮与轨道严重抵触,内轮缘紧贴着轨道侧面运行,产生较大的摩擦阻力和侧向力,车轮快速磨损,强度下降,轮缘内侧在高应力作用下发生塑性变形,并zui终断裂失效。

  3结论与建议

  (1)未按要求对车轮进行淬火处理,致使材料的力学性能未达到设计要求,疲劳强度降低。

  (2)起重机车轮啃轨导致车轮内缘受较大的摩擦力与侧向力作用,严重地磨损和塑性变形,强度降低。

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