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φ2.6 m×13m球磨机入料端中空轴断裂原因分析
发布时间：2013-05-26 08:07 来源：未知
唐山启新水泥有限公司∮2.6 mx13 m球磨机于1979年安装，生产能力28—29t/h，电机功率1000 kW．多年来，没备运转率达85%以上。1998年9月将球磨机入料端中空轴进行更换，2000年11月设备巡检时发现球磨机人料端轴承座产生周期摆动，立即停机检查，发现磨机入料端中空轴轴根部位出现裂纹，裂纹最宽部位已达5 mm，沿圆周检查裂纹长度已超过圆周长的2/3，对裂纹进行深度检查，裂缝有穿透现象，说明已形成穿透性裂纹。这使得该磨机筒体与支撑的中空轴产生不同轴度，在交变冲击载荷下，轴承座产生周期性摆动而失去平衡。
1、断裂中空轴的测量、取样分析和强度检测
经过测量，中空轴轴根铸造圆角近似R30;而且圆弧部位凹凸不平，轴根厚度为90 mm。设计图纸要求轴根铸造圆角R80，圆弧要求平滑，轴根厚度为80 mm。
对断裂中空轴部位取样进行成分化验分析和强度检测。
(1)化学成分。测得其主要化学成分C，Si，Mn，S和P的质量分数(%)分别为：0.43，0.31，0.67，0.023和0.01。
(2)机械性能。于断口处取样二个进行测试，其中试样;试样2的拉伸试验断头裂纹形状弯曲不规则，断口表面呈暗红色，属于热裂。
(3)金相检查。断口处有粗晶偏析(图2);其它部位：无粗晶异常现象，金相为等轴晶粒。
(4)低倍组织检查。在断口处未发现明显缺陷，但断口两侧出现缩松和夹杂。
2、综合分析
根据现场测量和取样检测，造成磨机人料端中空轴轴根部位裂纹的原因主要有以下几方面。
富通新能源生产销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机设备。
1.1铸造圆角不符合设计要求
铸造圆角过小，造成交变载荷下应力集中过载；铸造表面凹凸不平，外表面所承受的弯曲应力较大。疲劳裂缝都是在零件表面起源，裂纹通常起源于零件的应力集中处或材料的缺陷处，如：刀痕、刮伤、圆角及台阶。球磨机中空轴承受旋转弯曲和冲击载荷，由于圆角过小及表面质量问题形成应力集中，则在轴根处的圆周部位产生多处疲劳源，在交变负载作用下，同时向内扩展，在已断裂的疲劳断口上可以见到起伏比较明显的台阶——疲劳沟线。疲劳裂缝形成之后，由裂缝分离的两个表面，在应力交变时，时而张开，时而闭合。当闭合时，两表面互相挤压和摩擦，周而复始的反复，形成裂缝表面光滑。由于疲劳断面发展缓慢，裂缝表面接触次数频繁，致使断口表面光滑。
球磨机中空轴的断裂，从宏观断口上可以看到向心分布的若干个疲劳台阶（图5）。由于铸造圆角太小，局部出现尖角，在轴根处形成线性疲劳源，若干个源点，随着振幅的大小，同时扩展，在扩展中形成台阶。
2.2化学成分达不致到设计要求
中空轴材料的设计要求和实际检测结果见表1。由表1可知，中空轴的含碳量已超过ZG270-500的设计要求。球磨机中空轴在工作状态承受弯曲和冲击作用，需要有好的塑性和适当的强度，以及良好的铸造性能。而所用材料由于冶炼中的问题使含碳量超标，造成了钢的硬度和强度过大，塑性下降，在交变冲击载荷下，使脆性断裂的倾向增加。
2.3铸造缺陷及组织的影响
因为中空轴的重要作用，设计要求铸件不得有任何影响强度的缺陷。影响铸钢件机械性能并起主导作用的因素是凝固成型中的冷却速度。如果铸钢件的截面尺寸增加，凝固和冷却时间随之延长，铸态组织将会产生疏松、气孔、夹杂和偏析等有害影响，使机械性能特别是塑性下降。
球磨机中空轴与轴端盖相交处即圆角过渡部分，形成冷缩不均，在浇铸后热量扩散慢，无形中增长了冷凝时间。此处的厚度比其它部位厚，处理不当极易产生疏松与夹杂，组织中的疏松与夹杂等缺陷的存在，不仅使零件的有效截面减小，降低强度，而且在缺陷处容易产生应力集中现象。同时，增加缺陷附近基体的实际载荷，在断口两侧出现缩松区并有夹杂物。
ZC270-500浇铸成型后需经热处理880~900℃完全退火，以消除残余应力，细化晶粒和消除偏析。从图2来看，铸件热处理未能完全消除偏析和细化晶粒。我们知道组织的均匀性对材料的疲劳强度也会产生重要影响，组织的均匀性愈好，则材料的疲劳强度愈高。图2和图4的低倍组织缺陷均降低了材料的疲劳强度。
3、结论
经过测量、检验、分析，∮2.6 mx13m球磨机人料端中空轴为不合格产品。由于制造单位没有严格按照设计图纸要求去做，又没有必要的检测手段，致使设备主要零件形成疲劳断裂，造成使用单位停机512h的设备事故。
