皮带输送机滚筒轴材料缺陷分析
皮带输送机是现代散状物料运输的主要输送设备, 它广泛用于矿山、冶金、化工、电站和港口等工业领域。滚筒是皮带输送机的主要部件, 滚筒轴更是重中之重。皮带输送机的传动滚筒轴属锻件, 要受到交变的弯矩、扭矩以及冲击等载荷, 所以对质量要求高, 滚筒在精加工后, 还必须进行热处理。材料一般选用45#中碳钢, 若轴材料存在内部缺陷, 可能导致生产加工过程中的事故, 如断裂伤人、热处理后产生裂纹甚至发生轴暴现象。即使在加工过程中未反映出来, 这种隐患也将导致皮带输送机使用中的更大事故。所以, 必须重视生产加工过程中的检测。导致滚筒轴内部缺陷的原因及检测方法分析介绍如下。
一、材质为铸锭类的铸件。这类铸件外表光滑, 表面粗糙度在二级以上, 有的甚至光亮如镜, 头尾切除平直, 直径一般大于150mm，长度一般不超过3m。由于铸钢件凝固温度区间较大, 且钢液凝固时要发生体积收缩, 除组织不匀外, 往往存在着各种铸造缺陷, 如缩孔、疏孔、气泡、偏析以及在缩孔和疏孔周围积聚着各种低熔点的杂质区域偏析、非金属杂质、晶内化学成分不均匀的晶内偏析等。若用锻造补偿缺陷方法进行超声波探伤, 其缺陷对超声波有严重的散射、吸收, 因而反射信号极低, 只出现声波衰减、始波展宽、无回波等显示情况。此外由于铸造时, 钢水注入模型后与模型壁最先接触的表层金属温度下降快,形成较细的晶粒, 因而一般在其表面和近表面不生产裂纹。所以在上述超声波探伤的结果下, 就没有必要再进行渗透、磁粉等方式的表面控伤。如无特殊要求, 也无需进行低倍断口金相检查。这类铸钢件的化学成分极乱, 含碳量很高, 硫、磷等有害元素含量严重超标, 往往名义上是合金结构钢, 实际上只是普碳铸钢。
二、轧制钢材或经过锻造、但未切除钢锭的上部或冒口。这类钢材表面粗糙, 一端切除平直, 一端受挤凸起呈球面状。一批料长短不均，一般在2m以下, 有多种直径。多为大型钢厂合格品上切除下来的料头、冒口或轧材的端头部分, 由小型锻造厂锻造而成。由于钢锭在浇注时, 其上部形成缩孔。缩孔周围的非金属夹杂物、低熔点杂质富集形成区域偏析, 虽经轧制或锻造但孔洞愈合效果很差, 极易形成开裂和折叠。这种由于原始缩孔形成的裂纹和折叠一般为内藏封闭式, 故在纵波超声控伤中, 从一端起约100mm范围内波形正常, 即底波窄细、回波保持标准高度, 未见任何伤波反映。而越过这个区域则出伤波, 即波幅由低渐高再骤低呈不连续变化状态, 缺陷严重时回波可能消失, 伤波的高度和位置在底波和回波之间变动。这一区域的长度不定, 但一般不超过500mm。此后又进入了底波清晰、回波高耸、无伤波的优质材料区, 一直延伸到轴材的另一端。缺陷区的低倍金相组织的特点是折叠或裂纹与锻件表面呈锐角分布, 由表及里。作酸浸试验时, 如流线清楚, 则可见流线顺着裂纹弯曲, 其显微组织的特点是无论折叠或裂纹均呈弯曲状态或波纹形, 裂纹的周围均有严重的脱碳现象, 其中心为浅灰色的氧化夹杂物质。
三、轧制或锻造不彻底。这类轴材特点是表面或内部均易形成裂纹。这是由于冶炼或轧制不良, 钢材的表面形成的细微裂纹、皮下气孔和边缘点状杂质等缺陷所致。锻造工艺不当时即会扩大缺陷。对于圆棒型材镦粗, 肉眼即可看到从其端面出现的裂纹, 沿轴向延伸。而拔长锻造的棒材( 阶梯轴毛坏) , 裂纹多沿轧制或锻造方向且较细小, 用渗透着色的方法即可检出。上述两类裂纹的显微特点是裂纹两侧组织白亮, 明显脱碳。这是由于原来的缺陷在轧延后经过退火、正火以及锻造时的高温加热, 在原裂纹处造成氧化现象的缘故。
锻造加热不透以及停锻温度过低可产生锻造裂纹。这类缺陷的产生机率随锻轴的直径增大而增大。大直径轴料如果低于标准加热温度而加热时间又较长, 一般在其中心易出现开放式的十字形、一字形、人字形的裂纹, 用着色法即可探出。若过分远离加热温度且加热时间短，则在其近表面易出现豆腐渣状裂纹且有和拔长方向相垂直的弧形裂纹面。由于轴料较长, 上述的缺陷一般具有区域性, 即在轴料的中部或一个端部( 另一端则较少产生)。大多数情况仅锻两头( 每头600mm以内) , 使缺陷易出现在轴材的中段且特别明显。近表面的缺陷用磁场粉即可探出, 较深处的在超声波检查中出现明显的伤波并具有方向性衰减, 亦可多方位纵波探伤。
四、钢材中含有严重的夹杂物和化学成分不纯引起的锻造裂纹。
由于45#中碳钢含碳量较高的影响, 加工后晶粒粗大, 组织不均匀。因钢的含碳量越高, 其体积变化就越大, 形成开裂的机会也就越多。而不正规厂的此类钢材化学成分紊乱, 碳含量高、偏析严重, 低倍的点状偏析有的高达四五级。其断口大多为结晶状组织并伴有杂质, 试样经过调质处理后局部区域呈层片状, 有开口裂纹并伴有脱碳和氧化现象。超声波检查表现为伤波和回波交替出现, 表面可用磁粉或着色探出。因而要保证轴材质量, 一定要购买国营大型钢铁公司的合格产品并严格控制进货渠道以杜绝钢材残次品进厂。
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