電梯對重架斷裂失效分析

章芳芳 方湘瑜 黃六一

摘要：某部電梯在服役6個月后，對重架發(fā)生斷裂失效。通過斷口宏觀形貌、化學(xué)成分、力學(xué)性能、顯微組織、斷口掃描及能譜等研究了對重架斷裂失效的原因。結(jié)果表明：該對重架槽鋼化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度不符合要求，存在魏氏組織，導(dǎo)致槽鋼的韌性和沖擊性能下降;中心疏松的存在破壞了鋼的結(jié)構(gòu)完整性，容易在開孔處形成局部應(yīng)力集中。

關(guān)鍵詞：對重架;中心疏松;魏氏組織

2018年12月，一部電梯在服役6個月后，對重架槽鋼發(fā)生斷裂。該槽鋼的材質(zhì)為Q235B，規(guī)格型號為16a，尺寸為160（腰高）×63（腿寬）×6.5（腰厚）mm，制造標(biāo)準(zhǔn)為GB/T700–2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》。

一、檢驗檢測

（一）斷口宏觀分析

圖1為斷口宏觀形貌，斷口上有明顯放射性條紋及人字紋區(qū)域，且表面呈光亮色，與斷口其他區(qū)域呈暗灰色有顯著區(qū)別。根據(jù)斷口學(xué)研究，放射性條紋匯聚點及人字紋反方向為斷裂起始點[1]，即開裂起始于A處附近區(qū)域，且為脆性斷裂。放射狀條紋區(qū)斷面目視無明顯塑性變形，此區(qū)域之外均有較明顯的塑性變形。

（二）化學(xué)成分

用ARL4460直讀光譜儀及CS2800紅外碳硫儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1，其中C含量超出GB/T 700–2006和GB/T 222–2006《鋼的成品化學(xué)成分允許偏差》規(guī)定的要求。

（三）力學(xué)性能試驗

在槽鋼腰部目視未發(fā)生明顯塑性變形區(qū)域制取試樣進(jìn)行拉伸、沖擊和彎曲試驗。從表2可以看出，材料的上屈服強(qiáng)度ReH、斷后伸長率A、沖擊功均滿足GB/T 700–2006的要求，但抗拉強(qiáng)度Rm值大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。通常情況下，C含量越高，鋼的強(qiáng)度越高，這與化學(xué)成分分析結(jié)果一致。試樣經(jīng)180°彎曲后，外表面無目視可見的裂紋和裂口，符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 700–2006的要求。

（四）金相分析

在遠(yuǎn)離斷口及斷口附近分別取樣進(jìn)行金相檢驗。兩處顯微組織均為鐵素體+珠光體+魏氏體。根據(jù)GB/T 13299–91《鋼的顯微組織評定方法》，評定魏氏體級別均為2級，見圖2。魏氏體產(chǎn)生的原因一般認(rèn)為一是加熱溫度過高，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大;二是冷卻速度過快，在冷卻過程中，先共析的鐵素體從奧氏體晶界上沿一定的晶面向晶內(nèi)生長，以針片狀形態(tài)析出[2]。魏氏體的存在會使鋼的塑性和沖擊韌性顯著降低，對低溫沖擊更敏感，會明顯降低低溫沖擊值。

（五）低倍組織檢驗

用50%鹽酸溶液熱浸蝕槽鋼橫截面進(jìn)行低倍檢驗，發(fā)現(xiàn)橫截面轉(zhuǎn)角處存在孔洞，呈圓形或橢圓形，并連接呈線狀，為中心疏松缺陷，見圖3。在鑄坯軋制時，一般輕微的疏松在軋制力和高溫共同作用下會焊合，對成品性能并無影響。但該槽鋼的中心疏松并未被焊合，保留在槽鋼成品中。嚴(yán)重的疏松缺陷常會造成結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中，形成開裂。

（六）掃描電鏡分析

A處斷口形貌見圖4，區(qū)域內(nèi)有河流狀及扇形花樣特征，為典型的脆性斷口特征，并存在較多孔洞，位置與中心疏松對應(yīng)，說明裂紋起源于中心疏松。

二、結(jié)果分析

綜上所述，該對重架槽鋼的C含量高于標(biāo)準(zhǔn)要求，使材料強(qiáng)度增加，脆性增加，韌性下降。魏氏體的存在通常會使材料的塑性和沖擊韌度顯著下降。低倍組織檢驗發(fā)現(xiàn)存在較嚴(yán)重的中心疏松缺陷，破壞材料性能的連續(xù)性，造成應(yīng)力集中。掃描電鏡分析表明，裂紋起源于中心疏松，為脆性斷裂。通常在槽鋼的使用過程中對其強(qiáng)度性能更加關(guān)注。該槽鋼的力學(xué)性能基本滿足標(biāo)準(zhǔn)或結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，但由于C元素含量過高、魏氏組織、中心疏松及孔洞缺陷等因素，導(dǎo)致材料脆性較高，塑性韌性較差。

當(dāng)電梯正常運(yùn)行時，槽鋼可以承受常規(guī)載荷，但當(dāng)其受到瞬時沖擊或過載等情況時，會在槽鋼內(nèi)部的疏松缺陷造成局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致槽鋼的脆性開裂，并在電梯運(yùn)行產(chǎn)生的應(yīng)力下擴(kuò)展，最終造成整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)斷裂。

三、結(jié)論

C含量超高、魏氏組織的出現(xiàn)，使槽鋼脆性增加、韌性下降。在中心疏松處發(fā)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致槽鋼發(fā)生脆性開裂，最終在電梯運(yùn)行過程中斷裂。

參考文獻(xiàn)

鐘群鵬，趙子華.斷口學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

潘健生，胡明娟.熱處理工藝學(xué)北京：高等教育出版社，2009.