電梯部件斷裂分析及其改進(jìn)方案

王 云 劉宏勛 梁君寧

（河北豐維機(jī)械制造有限公司，河北 邢臺(tái) 054500）

電梯部件杠桿，起轉(zhuǎn)動(dòng)連接作用，承受扭轉(zhuǎn)載荷。材料是中碳鋼ZG270-500，有一定的韌性及塑性，強(qiáng)度和硬度較高，切削性良好。在工作中，一件杠桿突然斷裂?，F(xiàn)場(chǎng)檢查斷裂部位表面發(fā)亮，燒蝕嚴(yán)重，斷裂面有氣孔，縮松等缺陷。如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)照片

1 斷口處分析

針對(duì)斷裂件采用定量金相分析，通過金相顯微對(duì)比分析組織的測(cè)量和確定化學(xué)成分、組織和性能間的定量關(guān)系。斷裂件金相組織如圖2所示，正常件金相組織如圖3。對(duì)比兩組照片看出，A組和B組金相組織均勻，白色的鐵素體和黑色的珠光體，珠光體呈網(wǎng)狀分布。分析得出，斷裂件內(nèi)部晶體排列均勻，其內(nèi)部硬度較高，與正常件區(qū)別不大。

圖2 斷裂件金相組織分析

圖3 正常件金相組織分析

2 斷裂原因分析

斷裂位置處理直臂彎處，仔細(xì)觀察斷裂處：斷口裂紋切口表面較平滑，可以認(rèn)為材料因發(fā)熱后發(fā)生塑性變形，斷件繼續(xù)受到的外力超過極限，發(fā)生斷裂。

對(duì)斷裂件進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，機(jī)械性能指標(biāo)均符合材料要求。結(jié)果如表1所示。

表1 機(jī)械性能

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利用有限元，按照杠桿工作狀態(tài)下約束及受力情況，施加負(fù)載，對(duì)杠桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析。經(jīng)分析，杠桿在斷裂部位應(yīng)力較大，但是應(yīng)力值55.09 MPa，遠(yuǎn)未達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度。杠桿的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)較高，如圖4。

圖4 靜應(yīng)力分析

通過前面的材料和試驗(yàn)結(jié)論可知：（1）所用的材料斷裂面有氣孔、縮松等缺陷；（2）斷裂處金相組織與正常件沒有區(qū)別，說明斷裂件化學(xué)成分符合材料要求；（3）有限元受力分析，結(jié)果說明杠桿結(jié)構(gòu)合理。

3 原因分析結(jié)論

杠桿化學(xué)成分合格，鑄造工藝導(dǎo)致氣孔、縮孔等缺陷；其斷裂的原因是由于鑄件內(nèi)部存在氣孔和縮松缺陷，減少了工件有效承載面積和造成應(yīng)力集中，降低了杠桿機(jī)械性能。導(dǎo)致工作伴隨著外部載荷和扭轉(zhuǎn)沖擊，發(fā)生斷裂。

4 改進(jìn)措施

4.1 從鑄造角度改進(jìn)鑄造工藝

控制型砂濕透氣性和濕型表面硬度?？刂茲裢笟庑栽?00-50限制范圍內(nèi)，型砂透氣性低,鑄型排氣能力差,就會(huì)形成氣孔、澆不足等缺陷。鑄型透氣性過高,又可能造成鑄件表面粗糙和發(fā)生粘砂缺陷。根據(jù)具體情況控制濕型的表面硬度，濕透氣性高時(shí)，表面硬度也要偏高些，反之應(yīng)偏低些。

提高澆注溫度，降低鐵液粘度使氣泡從鐵液中排走，防止侵入氣孔，澆注溫度1540～1550℃。

4.2 從熱處理工藝方面，提高熱處理質(zhì)量

鑄鋼件退火的目的是提高可以細(xì)化晶粒，改善組織和性能.可以消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，防止變形。將工件加溫到890～900℃保溫1.5 小時(shí)，空冷。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

進(jìn)行上面方案的改進(jìn)后，我們進(jìn)行了模擬澆注，優(yōu)化對(duì)比實(shí)現(xiàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，改進(jìn)方案合理。

6 結(jié)論

文中通過斷裂原因分析，找出了鑄造缺陷引起性能降低導(dǎo)致斷裂的原因。并提出改進(jìn)鑄造工藝，提高熱處理質(zhì)量等措施，通過模擬澆注，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了優(yōu)化改進(jìn)的方案。