推薦：拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂原因分析   
 

　　近年來, 輪式拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向節(jié) ( 以下簡稱轉(zhuǎn)向節(jié)) 斷裂事故屢有發(fā)生, 帶來的后果往往是災(zāi)難性的, 不是車毀就是人亡, 給用戶帶來了巨大的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因很多, 很難用一種簡單的模式去進(jìn)行分析, 必須進(jìn)行斷裂分析, 只有通過這種綜合性的分析才能確定造成轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因。 

　　本文列舉了幾個(gè)我們處理過的具有典型意義實(shí)例, 來說明因操作不當(dāng)、設(shè)計(jì)不合理、鑄造缺陷以及材料強(qiáng)度不夠等原因造成的轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂事故。通過這些例子, 介紹斷裂分析的方法, 可供實(shí)際工作時(shí)參考。

　　一、操作不當(dāng)

　　我們在幾例轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂分析工作中發(fā)現(xiàn), 這些斷口附近都有明顯的塑性變形, 斷件拼合后, 密合程度差。對斷口進(jìn)行仔細(xì)觀察, 通過金相、化學(xué)分析和機(jī)械性能檢驗(yàn), 讓人出乎意料的是轉(zhuǎn)向節(jié)未發(fā)現(xiàn)任何瑕疵, 這就排除了轉(zhuǎn)向節(jié)本身產(chǎn)品質(zhì)量存在問題而導(dǎo)致斷裂的可能。通過進(jìn)一步現(xiàn)場調(diào)查取證, 我們了解到, 轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂時(shí), 拖拉機(jī)不是在凸凹不平的路面上快速行駛時(shí)突然斷裂;就是在過橫壟地、田埂時(shí)行駛速度過快產(chǎn)生斷裂; 有的是在快速行駛過程中, 突然發(fā)生交通事故, 把轉(zhuǎn)向節(jié)當(dāng)場撞斷。通過我們綜合分析, 斷定其斷裂原因只有一種可能性, 即:轉(zhuǎn)向節(jié)所承受的沖擊力超過了材料的屈服強(qiáng)度, 使轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)生了顯著的塑性變形, 瞬間沖擊力的進(jìn)一步增大, **終導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)塑性斷裂。

　　二、設(shè)計(jì)不合理
　　2004 年受黑龍江省消費(fèi)者協(xié)會委托, 我們對一例斷裂的小四輪拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行質(zhì)量鑒定。該轉(zhuǎn)向節(jié)是在前輪軸的內(nèi)軸承頸過度圓角處齊根斷裂。對斷口處作仔細(xì)觀察, 其斷口宏觀外貌較平直, 沒有發(fā)生肉眼可見的塑性變形。斷口處不存在氣孔、疏松、夾雜等缺陷,但通過金相分析, 斷口周邊( 即過度圓角處) 發(fā)現(xiàn)了疲勞裂紋。在排除了其它因素導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的可能性后, 我們發(fā)現(xiàn), 這個(gè)部位的圓角過分尖銳,因此, 我們對該轉(zhuǎn)向節(jié)的其它部位的過度圓角 ( 與斷裂位置的加工方法相同) 進(jìn)行檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn), 不僅過度圓角半徑設(shè)計(jì)值要求的過小, 而且實(shí)測值還遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值。這就造成了轉(zhuǎn)向節(jié)過度圓角處應(yīng)力過于集中, 在使用中難免會產(chǎn)生疲勞裂紋。這些不利因素都大大降低了材料的強(qiáng)度, 而長期行駛過程中, 在連續(xù)較大的交變沖擊力作用下, 必然會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)脆性斷裂。

　　三、材料強(qiáng)度不夠
　　轉(zhuǎn)向節(jié)在拖拉機(jī)工作中承載著各種動(dòng)態(tài)的載荷和復(fù)合的應(yīng)力, 例如: 拖拉機(jī)自重產(chǎn)生的彎曲力及剪切力、轉(zhuǎn)向臂產(chǎn)生的扭力、轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的拉力及摩擦力、行駛時(shí)產(chǎn)生的沖擊力等。轉(zhuǎn)向節(jié)特有的工作條件,就對其材料的綜合力學(xué)性能有了很高的要求, 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T5182 規(guī)定, 要采用高強(qiáng)度、高韌性和具有良好耐磨性能 ( 高硬度) 的合金結(jié)構(gòu)鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼制造。而在斷裂實(shí)例中,我們居然發(fā)現(xiàn)以次充好、以鐵代鋼的現(xiàn)象。2003 年受黑龍江省木蘭縣公安交通警察大隊(duì)委托, 對維峰 20 型輪式拖拉機(jī)右前輪轉(zhuǎn)向節(jié)的斷裂事故進(jìn)行司法鑒定。在這起斷裂案件中,轉(zhuǎn)向節(jié)是在立軸根部過度圓角處發(fā)生脆性斷裂的。我們通過化學(xué)分析得到, 轉(zhuǎn)向節(jié)材料的含碳量太高, 高達(dá) 3.06%。含碳量大于 2.11%的鐵碳合金為鑄鐵。所以, 該轉(zhuǎn)向節(jié)材料是鑄鐵。通過金相分析, 轉(zhuǎn)向節(jié)材料的金相組織形態(tài)為灰鑄鐵的組織形態(tài)。通過機(jī)械性能測試,轉(zhuǎn)向節(jié)的抗拉強(qiáng)度為 370MPa;硬度為 HB163。而設(shè)計(jì)要求的抗拉強(qiáng)度在 735MPa 以上; 硬度在 HB241～331 的范圍內(nèi)?；诣T鐵的機(jī)械性能根本達(dá)不到轉(zhuǎn)向節(jié)技術(shù)要求的機(jī)械性能, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金結(jié)構(gòu)鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼的綜合性能, 強(qiáng)度低、塑性差,脆性較大。而長期受到較大的動(dòng)態(tài)沖擊力時(shí), 就導(dǎo)致了轉(zhuǎn)向節(jié)在**薄弱的部位 ( 應(yīng)力集中處) 產(chǎn)生了脆性斷裂 ( 即疲勞斷裂) 。

　　四、鑄造缺陷
　　1、氣孔、疏松、縮孔等缺陷引起的轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂在所有的斷裂案例中, 因這種缺陷導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的例子比較多。在這些斷口外觀,我們直接發(fā)現(xiàn)了氣孔、疏松及縮孔等。例如: 2001 年受黑龍江省雞西市人民法院委托, 受理了一起因轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂引起的仲裁檢驗(yàn)。該轉(zhuǎn)向節(jié)斷口表面上就存在較大的氣孔, 氣孔**大尺寸高達(dá) 5mm 以上。但經(jīng)綜合檢驗(yàn)分析, 材料的金相組織、化學(xué)成分、機(jī)械性能等各項(xiàng)指標(biāo)卻均符合技術(shù)要求。所以,該轉(zhuǎn)向節(jié)的斷裂原因比較簡單,是由于存在鑄造缺陷即氣孔所造成的。
　　2、夾雜物引起的轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂
　　2002 年受黑龍江省黑河市人民法院委托, 對一臺 20 型輪式拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向節(jié)的斷裂事故進(jìn)行司法鑒定。在這起案例中,我們遇到了因硫化物的存在而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的事故。在進(jìn)行斷口分析時(shí), 該轉(zhuǎn)向節(jié)斷口上清晰可見貝紋線, 這是疲勞裂紋的典型特征, 是引起斷裂的開始點(diǎn)。于是我們在裂紋源附近截取了金相試樣, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一條很短、較寬的非金屬夾雜物。經(jīng)化學(xué)分析, 硫的含量嚴(yán)重超標(biāo), 高達(dá) 1.17%, 而技術(shù)要求不超過 0.03%。根據(jù)金相組織特征和化學(xué)成分確定了該非金屬夾雜物為硫化物。硫在鋼中主要以硫化鐵或硫化錳的形式存在。而硫化鐵本身很脆,這樣就顯著增加了鋼的脆性,降低了塑性和耐磨性。同時(shí)硫化物的存在, 還破壞了金屬基體的均勻性、連續(xù)性, 夾雜物越大, 材料的韌性越低; 夾雜物間距越小, 材料的韌性和塑性越低。且在硫化物尖角處還造成了應(yīng)力集中, 成為了疲勞源 ( 即疲勞裂紋的起始點(diǎn)) 。在外力作用下, 硫化物就與其周圍金屬基體的界面產(chǎn)生開裂,形成疲勞裂紋, 長期受到動(dòng)態(tài)沖擊力時(shí), 就加快了裂紋的擴(kuò)展, 直至斷裂。

　五、熱處理缺陷

　為了獲得良好的綜合力學(xué)性能, 以適應(yīng)轉(zhuǎn)向節(jié)所承受的高強(qiáng)負(fù)荷, 還需對轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行必要的熱處理。即通過淬火和調(diào)質(zhì)等熱處理工藝, 來消除和改善組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力, 以獲得高強(qiáng)度、高硬度及良好的耐磨性。在幾例斷裂的實(shí)例中,有的斷口特征類似操作不當(dāng)造成的, 但又不是因操作不當(dāng)引起的斷裂。通過綜合檢驗(yàn)分析,轉(zhuǎn)向節(jié)材料的化學(xué)成分雖符合設(shè)計(jì)要求, 但其金相組織并非淬火組織, 抗拉強(qiáng)度和硬度都偏低。從轉(zhuǎn)向節(jié)外觀上看好像是淬了火, 但其表面局部或全部存在著軟點(diǎn), 有的金屬表面下層也沒有淬火。根據(jù)檢測結(jié)果分析, 這種現(xiàn)象是由于在淬火熱處理工藝過程中, 局部冷卻速度較慢, 或淬火溫度不夠,而分別引起了轉(zhuǎn)向節(jié)淬火軟點(diǎn)和淬而不硬的現(xiàn)象, 從而未能獲得所期望的強(qiáng)度和硬度及耐磨性, **終導(dǎo)致類似因操作不當(dāng)造成的塑性斷裂。

　　六、綜合因素導(dǎo)致的斷裂事故

　　大多數(shù)轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因并不是單純的一種因素, 往往是因兩種或兩種以上的因素造成的。幾種因素之間相互作用,產(chǎn)生的危害性更大, 導(dǎo)致了多種多樣的斷裂方式。
　　以上幾種實(shí)例只是些常見的案例, 導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因很多, 還需我們不斷地研究,通過斷裂分析, 積累經(jīng)驗(yàn), 找出造成轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因及影響因素, 確定要改進(jìn)的問題,提高產(chǎn)品質(zhì)量, 以防重大事故的重復(fù)發(fā)生, 減少經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí), 斷裂分析在我國質(zhì)量仲裁、索賠活動(dòng)中也起了很大的作用。通過斷裂分析, 分清了責(zé)任, 為用戶與經(jīng)銷者及生產(chǎn)者挽回巨大的經(jīng)濟(jì)損失。斷裂分析不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,而且斷裂分析積累的經(jīng)驗(yàn)和知識又能促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。因此, 斷裂分析工作顯得尤為重要, 日益受到國內(nèi)機(jī)械行業(yè)的重視, 從而也使重大事故在逐年減少, 產(chǎn)生了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
  
 
                                                       作者/出處：農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督 
 

發(fā)表于 @ 2008年05月18日 20:12:00 |點(diǎn)擊數(shù)（）

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