铸铁机链板断裂失效分析

第 卷 第 期年 月 江 苏 冶 金,铸 铁 机 链 板 断 裂 失 效 分 析李 钟 铭宝 钢 集 团 苏 州 冶 金 机 械 厂 苏 州 市 巧摘 要 通 过 铸 铁 机 链 板 服 役 时 断 裂 失 效 分 析 , 发 现 铸 铁 机 链 板 的 断 裂 是低 于 材 料 强 度 的 脆 断 , 链 板 在 铸 造 过 程 中 产 生 的 原 始 裂 纹 是 引 起 链 板 脆 断的 主 要 原 因 。 同 时 铸 件 的 成 分 超 标 、 热 处 理 缺 陷 、 焊 接 后 未 消 除 应 力 也 导 致了 脆 性 。关 键 词 铸 铁 机 链 板 应 力 脆 性 断 裂 失 效 分 析前 言某 钢 厂 号 铸 铁 机 在 运 转 过 程 中 , 突 然发 生 铸 铁 机 主 要 部 件 链 板 断 裂 的 事 故 , 停 机检 修 。 在 检 修 过 程 中 发 现 除 了 一 件 整 个 断 裂外 , 其 余 链 板 有 不 同 程 度 的 可 见 裂 纹 。 鉴 于铸 铁 机 是 连 续 生 产 的 , 为 了 确 保 安 全 生 产 , 对链 板 的 设 计 强 度 进 行 了 计 算 , 同 时 对 断 裂 的链 板 进 行 了 失 效 分 析 。链 板 设 计 材 料 为 以 , 其 结 构 见 图 ,其 两 孔 中 心 跨 度 为 。 链 板 的 主 要 制作 工 艺 流 程 如 下 铸 造 一 正 火 一 机 加工 一 涂 装 。、 二二城城 二二一一一从从 甲 一 下 一 补补夕夕 夕 曳 又又 、 、 、图 铸 铁 机 链 板 结 构 示 意 图铸 铁 机 链 板 的 工 况 受 力 分 析许 用 应 力 计 算取 安 全 系 数 ,许 用 应 力 时 。电 机 全 额 输 出 时 和 正 常 运 转 时 的 链 板所 受 应 力 分 析 图电 机 全 额 输 出 时 应 力 计 算 电 机 额 定功 率 额 定 电 流图 链 板 局 部 横 截 面链 板 拉 应 力二 掩链 板 弯 曲 拉 应 力 几。 。 龙 飞二 铁 水 掩 十 铸 铁 模 十 链 板忍二 链 板 横 截 面 积, 断 面 系 数链 板 合 成 拉 应 力 。 , 几 二耐 耐 许 用 应 力正 常 负 荷 运 转 时 应 力 计 算链 板 拉 应 力链 板 合 成 拉 应 力时 许 用 应 力试 验 与 分 析化 学 成 分 和 力 学 性 能 试 验第 期 李 钟 铭 铸 铁 机 链 板 的 断 裂 失 效 分 州在 断 裂 的 链 板 取 样 进 行 成 分 分 析 、 力 学 性 能 试 验 、 试 验 结 果 见 表表 化 学 成 分 分 析 、 力 学 性 能 试 验 结 果名 称标 准 要 求试 验 结 果 沁叹 戈 沁 叹口 、 入 臼 匀 ,爪 , 舀 、 夕试 验 结 果 表 明 , 断 裂 的 链 板 含 碳 量 超 标 ,同 时 反 映 材 料 塑 性 的 两 个 指 标 延 伸 率 、 断 面收 缩 率 明 显 低 于 标 准 要 求 。 高 的 含 碳 量 导 致材 料 呈 脆 性 , 这 和 试 验 结 果 中 延 伸 率 、 断 面 收缩 率 指 标 偏 低 是 吻 合 的 。断 裂 链 板 的 平 均 许 用 应 力 二 、只 二 , 远 大 于 工 作应 力断 口 观 察 和 分 析断 口 电 镜 观 察 、 分 析在 断 口 处 切 割 制 样 , 用 扫 描 电 镜 对 断 仁面 放 大 观 察 , 断 形 貌 呈 解 理 断 口 特 征 , 且 有解 理 纹 存 在 , 见 图 、 图 , 。 解 理 断 日 是 脆性 断 裂 的 标 志 , 链 板 的 断 裂 是 脆 性 断 裂图 断 口 电 镜 图断 口 光 镜 观 察 、 分 析 板 含 碳 量 超 标 是 吻 合 的 初 始 裂 纹 的 存 在 ,在 断 口 附 近 取 样 , 经 切 割 、 研 磨 、 抛 光 制 由 十 裂 纹 前 沿 尖 端 处 的 曲 率 半 径 比 较 小 , 造样 后 , 在 显 微 镜 下 观 察 , 在 断 口 面 附 近 分 别 发 成 在 裂 纹 前 沿 引 起 高 度 的 应 力 集 中 , 从 而现 有 保 留 铸 态 痕 迹 的 组 织 见 图 、 焊 接 组 使 链 板 在 受 到 的 平 均 名 义 应 力 远 小 于 材 料 的织 见 图 、 初 始 的 裂 纹 存 在 见 图 、 断 裂 强 度 时 就 发 生 脆 性 断 裂 失 效 图 八 中图 是 由 白 色 的 铁 素 体 和 黑 色 的 珠 光 存 在 保 留 铸 态 痕 迹 的 组 织 和 图 的 焊 接 组体 组 成 的 , 其 中 珠 光 体 的 含 量 比 较 高 , 具 有 织 说 明 了 该 链 板 的 正 火 热 处 理 过 程 没 有 控中 、 高 碳 钢 的 显 微 组 织 特 征 , 这 点 和 断 裂 链 制 好图 断 口 光 镜 图 人 “ 川江 苏 冶 金 第 卷讨 论计 算 的 断 裂 链 板 的 最 大 工 作 应 力 小 于 试验 得 到 材 料 的 强 度 。 因 此 , 发 生 的 断 裂 为 脆性 断 裂 。 而 材 料 的 脆 性 和 材 料 本 身 的 含 碳量 、 组 织 结 构 、 存 在 的 初 始 裂 纹 有 密 切 关 系 ,尤 其 对 裂 纹 具 有 高 度 的 敏 感 性 。从 链 板 的 设 计 结 构 可 知 , 链 板 属 于 薄 壁铸 件 , 在 两 端 的 壁 厚 不 同 于 中 间 。 因 此 , 在 铸造 过 程 中 不 可 能 均 匀 凝 固 , 浇 铸 后 中 间 薄 壁处 首 先 凝 固 , 在 两 端 壁 厚 处 的 后 续 凝 固 收 缩过 程 中 对 中 间 薄 壁 处 产 生 拉 应 力 , 由 于 中 部的 加 强 筋 的 限 制 , 在 中 间 部 位 的 塑 性 变 形 受到 限 制 , 当 收 缩 过 程 中 产 生 的 拉 应 力 大 于 材料 的 强 度 时 在 该 处 产 生 裂 纹 , 这 一 点 和 试 验中 发 现 的 修 补 裂 纹 的 焊 接 组 织 和 初 始 裂 纹 是吻 合 的 。 由 于 裂 纹 的 存 在 导 致 在 裂 纹 尖 端 处产 生 高 度 的 应 力 集 中 , 加 上 断 裂 链 板 的 含 碳量 较 高 , 塑 性 降 低 , 以 及 内 部 组 织 结 构 中 存 在不 均 匀 的 保 留 铸 态 痕 迹 的 组 织 和 焊 接 组 织 ,内 部 各 处 抵 抗 塑 性 变 形 能 力 不 均 匀 , 在 内 部产 生 残 余 应 力 , 链 板 在 受 到 拉 应 力 低 于 名 义许 用 应 力 时 , 由 于 初 始 裂 纹 导 致 的 高 度 的 应力 集 中 , 加 上 修 补 裂 纹 的 焊 接 产 生 的 残 余 应力 , 首 先 在 热 处 理 正 火 的 不 良 产 生 的 保 留 铸态 痕 迹 的 组 织 低 强 度 区 域 引 起 裂 纹 迅 速 扩展 , 最 后 导 致 脆 性 断 裂 。结 论铸 造 时 的 初 始 裂 纹 是 引 起 该 链 板 发生 低 于 许 用 的 名 义 应 力 的 脆 性 断 裂 的 主 要原 因 。含 碳 量 超 标 、 热 处 理 的 不 理 想 、 补 焊后 没 有 进 行 去 应 力 处 理 , 降 低 了 链 板 的 塑 性 。收 稿 日 期 一 一上 接 第 页管 道 。换 向 控 制 自 动 进 行 , 无 需 人 为 过 多干 预 , 避 免 了 复 杂 换 向 操 作 带 来 的 操 作 事 故 。燃 料 在 喷 口 处 混 合 燃 烧 , 空 气 、 煤 气在 喷 出 过 程 中 卷 人 周 围 的 炉 气 稀 释 空 气 、 煤气 浓 度 , 低 氧 燃 烧 , 使 烟 气 中 产 生 大 大降 低 , 减 少 了 有 害 气 体 的 排 放 量 。加 热 炉 烧 嘴 喷 口 贴 近 钢 面 , 空 气 、 煤气 上 下 交 叉 混 合 燃 烧 , 使 钢 表 面 尽 可 能 保 持还 原 性 气 氛 , 减 少 氧 化 烧 损 。蓄 热 室 炉 体 一 体 化 加 热 炉 与 蓄 热 室 烧嘴 一 体 化 加 热 炉 比 较蓄 热 室 一 体 化 加 热 炉 由 于 蓄 热 室设 置 在 炉 底 与 炉 子 有 机 结 合 在 一 体 , 结 构 紧凑 , 占 地 面 积 小 , 炉 子 外 观 整 洁 , 但 由 于 炉 墙两 侧 设 有 许 多 通 道 , 墙 体 较 厚 , 结 构 复 杂 , 施工 难 度 较 大 , 质 量 要 求 较 高 , 一 旦 损 坏 , 检 修相 当 困 难 。 另 外 , 炉 子 基 础 较 深 , 旧 有 炉 子 改造 必 须 全 部 包 括 基 础 在 内 重 新 施 工 。蓄 热 式 烧 嘴 加 热 炉 燃 烧 器 布 置 在炉 墙 外 侧 , 便 于 更 换 检 修 。 炉 墙 与 传 统 炉 子结 构 基 本 一 致 , 墙 内 无 通 道 , 墙 体 较 薄 , 便 于施 工 检 修 。 可 利 用 传 统 加 热 炉 的 基 础 、 钢 结构 等 进 行 改 造 , 且 改 造 的 工 作 量 小 , 但 烧 嘴 体积 较 大 , 占 用 的 空 间 较 大 。蓄 热 式 加 热 炉 目 前 普 遍 存 在 的 一 些 问题每 次 换 向 过 程 中 , 换 向 阀 至 蓄 热 室之 间 残 留 的 煤 气 将 通 过 引 风 机 随 烟 气 排 出 ,造 成 浪 费 及 污 染 。 换 向 时 间 越 短 , 管 路 体 积越 大 , 造 成 的 浪 费 就 越 大 。操 作 中 发 现 炉 膛 炉 压 相 对 较 高 。 目前 引 风 机 选 用 的 品 种 较 少 , 全 压 较 低 , 这 需 要今 后 在 设 计 上 减 少 管 路 系 统 阻 力 ,