軋機主傳動萬向聯軸器十字軸斷裂事故分析

    某廠中板軋機經改造重新投產,7個月后主傳動萬向聯軸器十字軸發生斷裂,其實際使用壽命小于設計壽命。致使十字軸早期斷裂的原因產生于其設計、加工、運行及整個壽命期間的某些環節。為準確判明事故原因, 消 除設備隱患,采用機械檢測、三維有限元、材料機械性能及金相組織分析等現代綜合分析方法,對某廠中板軋機主傳動系統萬向聯軸器十字軸斷裂事故進行分析,確定了事故的主要原因。采用綜合分析方法,即同時采用機械設備檢測分析、三維有限元分析、材料機械性能及金相分析,判明了十字軸過早斷裂的原因。

對十字軸斷口進行金相分析,發現其金相組織為回火屈氏體及粗大上貝氏體,晶粒粗大,約為60～80μ(正常的應為30μ左右)。這是由于熱處理工藝中,淬火溫度過高,致使奧氏體晶粒粗化,淬火冷卻時產生細小裂紋,成為十字軸使用過程中的疲勞裂紋源;回火溫度偏低,使硬度偏高,樣條馬氏體沒有整個分解,粗大貝氏體仍然保留,使得抵抗裂紋擴展的能力大為降低;且在處理前,未進行均勻化退火,致使組織、硬度不均勻十字軸較大應力發生在R45圓弧過渡段(受載側),該部位的應力狀態為三向受拉,應按較大主應力進行強度計算。

(1)該中板軋機下輥現階段峰值扭矩平均值為75111kN·m,在此載荷下,用三維有限單元法計算,十字軸較大主應力為288MPa,遠遠小于其材料的對稱循環應力疲勞及限38713MPa,且從投產到十字軸斷裂,應力循環次數只有6×105,因此軋制力矩不是造成該十字軸過早斷裂的主要原因;(2)該十字軸此次斷裂為交變彎曲疲勞斷裂。熱處理不當是造成其過早斷裂的主要原因;(3)該軋機的較大軋制力設計值為4500t,目前軋制力平均值只有1564t,遠未達到設計值。將來軋制力提高后,主傳動系統負荷將進一步加大,因此應在此基礎上重新計算萬向聯軸器特別是十字軸的承載能力。