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电梯曳引机主轴断裂原因分析
王洪如
江苏省产品质量监督检验研究院南京210007
摘要:对某电梯曳引机小主轴在使用过程中发生的断裂进行了失效分析,结果表明,轴的热加工工艺不
当,使得显微组织粗大,且具有明显的魏氏组织特征,造成材料脆性较大。轴的断裂表现为多源开裂,断口上
的摩擦磨损、腐蚀斑坑、疲劳辉纹以及“泥状”花样等一系列微观特征的存在,表明腐蚀疲劳是主轴发生断裂
的主要原因。
关键词:电梯;曳引机主轴;断裂;腐蚀疲劳
中图分类号:TU229文献标识码:A文章编号:1001-0785(2013)03-0104-04
Abstract: The failure analysis for fracture occurring during operation of shaft for a lift tractor is performed in the pa
per. The result shows that, improper heat treatment process for shafts results in thick microscopic structure, showing obvi-
ous Widmanstatten structure characteristics, causing large brittleness of materials. The shaft embodies multi-source frac-
ture, presence of various microscopic features such as friction wear, corrosion spot pit, fatigue striations, and"mud
patterns, indicating that the corrosion fatigue is the main reason for fracture of the main shaft
Keywords: lift: tractor shaft: fracture: corrosion fatigue
南京某小区一电梯曳引机主轴在运行过程中外缘表面,并呈现多源断裂特征,最后断裂区在
发生断裂,该主轴材质图面标识为SFS5A(属于轴的内部靠近一侧表面,该区断口较为粗糙,自
日本标准碳素钢锻造品),实际上此轴在上海制然光下能观察到部分“镜面”现象。
造,使用的是国家标准的45号优质碳素结构钢。
为了解事故的发生原因,避免重大事故的发生,
本文对该主轴的断裂原因进行了分析。
1理化检验
1.1宏观分析
主轴的断裂位置在R角处,断裂后的主轴外
观如图1所示,断口的宏观形貌如图2所示。从图
中可以看到,断裂面与轴向垂直,断口大部分区
图2断口的宏观形貌
域较平坦,没有明显的宏观塑性变形特征。肉眼
或5倍放大镜下能观察到放射状条纹和细小的断1.2化学成分分析
裂台阶。由放射条纹和台阶可判断断裂源自轴的
从靠近断口处取样进行化学成分分析,得到
的结果如表1所示。从表中可以看出,该主轴的化
学成分符合CB/T699-199标准中45钢的要求。
表1断口处主轴的化学成分
%
元素
C
MI
P
测试值
0.40.240.620.0130.012
GB/T699--1999
0.420.170.50
0.0350.035
图1断裂小主轴的外观
标准值
0.500.370.80
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《起重运输机械》2013(3)
1.3显微组织分析
表2斑坑处的X射线能谱分析结果
在断口处和断口以外区域分别取样进行显微
Element
Wt/oo
At/go
组织观察,得到的显微组织分别如图3、图4所
示。从图中可以看出,断口处和断口以外区域的
0.12
基体金相组织无明显区别,均为网状铁素体+珠
OK
1.07
3.59
光体,组织粗大,且具有明显的魏氏组织特征。
Sik
0.56
1.08
SK
0.23
0.38
CIK
0.64
0.96
Mnk
0.58
0.57
20
Fek
96.80
92.87
图3断口处的显微组织
图6显示了裂纹扩展区内的形貌,在裂纹扩
展区能观察到大量的疲劳辉纹,如图6a所示,表
明该断裂属于一种疲劳断裂。同时,在该区域还
观察到腐蚀斑坑、泥状花样和部分2次裂纹等微
观特征,分别如图6b~图6d所示。这些特征的存
在表明断裂形式为腐蚀疲劳断裂。
最后断裂区微观形态大部分为解理断裂,可
以看到大量的河流状花样,如图7a所示。局部
区域可以观察到少量的韧窝形态,如图7b所示。
图4断口以外区域的显微组织
1.5力学性能分析
在轴的断口附近取样进行力学性能测试,得
1.4断口形貌分析
到的结果如表3所示。由测试结果可知,该轴的
利用扫描电子显微镜对断口的形貌进行了仔抗拉强度符合标准要求,但其屈服强度和延伸率
细的观察分析,图5为断裂源区的断口形貌,可尤其是冲击吸收能量低于标准要求
以看到明显的挤压和摩擦磨损痕迹。同时,在断
裂源区还发现大量斑坑的存在。对这些斑坑位置2综合分析
进行的X射线能谱分析表明,其主要含有C、0、
综合以上的分析测试结果可知,发生断裂的
Si、S、CI、Mn、Fe等元素,见表2,可推断这些主轴化学成分符合GB/"T699-1999标准中45钢的
斑坑为腐蚀所致
技术要求。但是,断口处和断口以外区域的基体
金相组织均为网状铁素体+珠光体,组织粗大,
且具有明显的魏氏组织特征,说明该轴的热加工
工艺存在不当。
断口形貌的宏观及微观分析结果表明,该轴
的断裂表现为多源开裂,断口上的摩擦磨损、腐
蚀斑坑、疲劳辉纹以及“泥状”花样等一系列微
观特征的存在,表明这起断轴事故是较为典型的
图5断裂源区的断口形貌
腐蚀疲劳行为。
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