轧机主传动万向联轴器十字轴断裂事故分析
轧机主传动万向联轴器十字轴断裂事故分析
某厂中板轧机经改造重新投产,7个月后主传动万向联轴器十字轴发生断裂,其实际使用寿命小于设计寿命。致使十字轴早期断裂的原因产生于其设计、加工、运行及整个寿命期间的某些环节。为准确判明事故原因, 消 除设备隐患,采用机械检测、三维有限元、材料机械性能及金相组织分析等现代综合分析方法,对某厂中板轧机主传动系统万向联轴器十字轴断裂事故进行分析,确定了事故的主要原因。采用综合分析方法,即同时采用机械设备检测分析、三维有限元分析、材料机械性能及金相分析,判明了十字轴过早断裂的原因。
对十字轴断口进行金相分析,发现其金相组织为回火屈氏体及粗大上贝氏体,晶粒粗大,约为60～80μ(正常的应为30μ左右)。这是由于热处理工艺中,淬火温度过高,致使奥氏体晶粒粗化,淬火冷却时产生细小裂纹,成为十字轴使用过程中的疲劳裂纹源;回火温度偏低,使硬度偏高,样条马氏体没有整个分解,粗大贝氏体仍然保留,使得抵抗裂纹扩展的能力大为降低;且在处理前,未进行均匀化退火,致使组织、硬度不均匀十字轴较大应力发生在R45圆弧过渡段(受载侧),该部位的应力状态为三向受拉,应按较大主应力进行强度计算。
(1)该中板轧机下辊现阶段峰值扭矩平均值为75111kN·m,在此载荷下,用三维有限单元法计算,十字轴较大主应力为288MPa,远远小于其材料的对称循环应力疲劳及限38713MPa,且从投产到十字轴断裂,应力循环次数只有6×105,因此轧制力矩不是造成该十字轴过早断裂的主要原因;(2)该十字轴此次断裂为交变弯曲疲劳断裂。热处理不当是造成其过早断裂的主要原因;(3)该轧机的较大轧制力设计值为4500t,目前轧制力平均值只有1564t,远未达到设计值。将来轧制力提高后,主传动系统负荷将进一步加大,因此应在此基础上重新计算万向联轴器特别是十字轴的承载能力。
