唐山啟新水泥有限公司∮2.6 mx13 m球磨機(jī)于1979年安裝，生產(chǎn)能力28—29t/h，電機(jī)功率1000 kW．多年來(lái)，沒(méi)備運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)85%以上。1998年9月將球磨機(jī)入料端中空軸進(jìn)行更換，2000年11月設(shè)備巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)球磨機(jī)人料端軸承座產(chǎn)生周期擺動(dòng)，立即停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)磨機(jī)入料端中空軸軸根部位出現(xiàn)裂紋，裂紋最寬部位已達(dá)5 mm，沿圓周檢查裂紋長(zhǎng)度已超過(guò)圓周長(zhǎng)的2/3，對(duì)裂紋進(jìn)行深度檢查，裂縫有穿透現(xiàn)象，說(shuō)明已形成穿透性裂紋。這使得該磨機(jī)筒體與支撐的中空軸產(chǎn)生不同軸度，在交變沖擊載荷下，軸承座產(chǎn)生周期性擺動(dòng)而失去平衡。
1、斷裂中空軸的測(cè)量、取樣分析和強(qiáng)度檢測(cè)
    經(jīng)過(guò)測(cè)量，中空軸軸根鑄造圓角近似R30;而且圓弧部位凹凸不平，軸根厚度為90 mm。設(shè)計(jì)圖紙要求軸根鑄造圓角R80，圓弧要求平滑，軸根厚度為80 mm。
    對(duì)斷裂中空軸部位取樣進(jìn)行成分化驗(yàn)分析和強(qiáng)度檢測(cè)。
    (1)化學(xué)成分。測(cè)得其主要化學(xué)成分C，Si，Mn，S和P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)分別為：0.43，0.31，0.67，0.023和0.01。
    (2)機(jī)械性能。于斷口處取樣二個(gè)進(jìn)行測(cè)試，其中試樣;試樣2的拉伸試驗(yàn)斷頭裂紋形狀彎曲不規(guī)則，斷口表面呈暗紅色，屬于熱裂。
    (3)金相檢查。斷口處有粗晶偏析(圖2);其它部位：無(wú)粗晶異�，F(xiàn)象，金相為等軸晶粒。
    (4)低倍組織檢查。在斷口處未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，但斷口兩側(cè)出現(xiàn)縮松和夾雜。
2、綜合分析
    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和取樣檢測(cè)，造成磨機(jī)人料端中空軸軸根部位裂紋的原因主要有以下幾方面。
     富通新能源生產(chǎn)銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)設(shè)備。
1.1鑄造圓角不符合設(shè)計(jì)要求
    鑄造圓角過(guò)小，造成交變載荷下應(yīng)力集中過(guò)載；鑄造表面凹凸不平，外表面所承受的彎曲應(yīng)力較大。疲勞裂縫都是在零件表面起源，裂紋通常起源于零件的應(yīng)力集中處或材料的缺陷處，如：刀痕、刮傷、圓角及臺(tái)階。球磨機(jī)中空軸承受旋轉(zhuǎn)彎曲和沖擊載荷，由于圓角過(guò)小及表面質(zhì)量問(wèn)題形成應(yīng)力集中，則在軸根處的圓周部位產(chǎn)生多處疲勞源，在交變負(fù)載作用下，同時(shí)向內(nèi)擴(kuò)展，在已斷裂的疲勞斷口上可以見(jiàn)到起伏比較明顯的臺(tái)階——疲勞溝線。疲勞裂縫形成之后，由裂縫分離的兩個(gè)表面，在應(yīng)力交變時(shí)，時(shí)而張開(kāi)，時(shí)而閉合。當(dāng)閉合時(shí)，兩表面互相擠壓和摩擦，周而復(fù)始的反復(fù)，形成裂縫表面光滑。由于疲勞斷面發(fā)展緩慢，裂縫表面接觸次數(shù)頻繁，致使斷口表面光滑。
    球磨機(jī)中空軸的斷裂，從宏觀斷口上可以看到向心分布的若干個(gè)疲勞臺(tái)階（圖5）。由于鑄造圓角太小，局部出現(xiàn)尖角，在軸根處形成線性疲勞源，若干個(gè)源點(diǎn)，隨著振幅的大小，同時(shí)擴(kuò)展，在擴(kuò)展中形成臺(tái)階。
2.2化學(xué)成分達(dá)不致到設(shè)計(jì)要求
    中空軸材料的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，中空軸的含碳量已超過(guò)ZG270-500的設(shè)計(jì)要求。球磨機(jī)中空軸在工作狀態(tài)承受彎曲和沖擊作用，需要有好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，以及良好的鑄造性能。而所用材料由于冶煉中的問(wèn)題使含碳量超標(biāo)，造成了鋼的硬度和強(qiáng)度過(guò)大，塑性下降，在交變沖擊載荷下，使脆性斷裂的傾向增加。
2.3鑄造缺陷及組織的影響
    因?yàn)橹锌蛰S的重要作用，設(shè)計(jì)要求鑄件不得有任何影響強(qiáng)度的缺陷。影響鑄鋼件機(jī)械性能并起主導(dǎo)作用的因素是凝固成型中的冷卻速度。如果鑄鋼件的截面尺寸增加，凝固和冷卻時(shí)間隨之延長(zhǎng)，鑄態(tài)組織將會(huì)產(chǎn)生疏松、氣孔、夾雜和偏析等有害影響，使機(jī)械性能特別是塑性下降。
    球磨機(jī)中空軸與軸端蓋相交處即圓角過(guò)渡部分，形成冷縮不均，在澆鑄后熱量擴(kuò)散慢，無(wú)形中增長(zhǎng)了冷凝時(shí)間。此處的厚度比其它部位厚，處理不當(dāng)極易產(chǎn)生疏松與夾雜，組織中的疏松與夾雜等缺陷的存在，不僅使零件的有效截面減小，降低強(qiáng)度，而且在缺陷處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。同時(shí)，增加缺陷附近基體的實(shí)際載荷，在斷口兩側(cè)出現(xiàn)縮松區(qū)并有夾雜物。
    ZC270-500澆鑄成型后需經(jīng)熱處理880~900℃完全退火，以消除殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒和消除偏析。從圖2來(lái)看，鑄件熱處理未能完全消除偏析和細(xì)化晶粒。我們知道組織的均勻性對(duì)材料的疲勞強(qiáng)度也會(huì)產(chǎn)生重要影響，組織的均勻性愈好，則材料的疲勞強(qiáng)度愈高。圖2和圖4的低倍組織缺陷均降低了材料的疲勞強(qiáng)度。
3、結(jié)論
    經(jīng)過(guò)測(cè)量、檢驗(yàn)、分析，∮2.6 mx13m球磨機(jī)人料端中空軸為不合格產(chǎn)品。由于制造單位沒(méi)有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求去做，又沒(méi)有必要的檢測(cè)手段，致使設(shè)備主要零件形成疲勞斷裂，造成使用單位停機(jī)512h的設(shè)備事故。