拖拉機轉向節(jié)斷裂原因分析

    近年來，輪式拖拉機轉向節(jié)（以下簡稱轉向節(jié)）斷裂事故屢有發(fā)生,，帶來的后果往往是災難性的，不是車毀就是人亡,，給用戶帶來了巨大的人身傷害和財產(chǎn)損失,。轉向節(jié)斷裂的原因很多，很難用一種簡單的模式去進行分析,，必須進行斷裂分析,，只有通過這種綜合性的分析才能確定造成轉向節(jié)斷裂的原因。
  　 本文列舉了幾個我們處理過的具有典型意義實例,，來說明因操作不當,、設計不合理、鑄造缺陷以及材料強度不夠等原因造成的轉向節(jié)斷裂事故,。通過這些例子,，介紹斷裂分析的方法，可供實際工作時參考,。
　　一,、操作不當
　　我們在幾例轉向節(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。對斷口進行仔細觀察，通過金相,、化學分析和機械性能檢驗,，讓人出乎意料的是轉向節(jié)未發(fā)現(xiàn)任何瑕疵，這就排除了轉向節(jié)本身產(chǎn)品質量存在問題而導致斷裂的可能,。通過進一步現(xiàn)場調(diào)查取證,，我們了解到，轉向節(jié)斷裂時,，拖拉機不是在凸凹不平的路面上快速行駛時突然斷裂,；就是在過橫壟地、田埂時行駛速度過快產(chǎn)生斷裂,；有的是在快速行駛過程中,，突然發(fā)生交通事故，把轉向節(jié)當場撞斷,。通過我們綜合分析,，斷定其斷裂原因只有一種可能性，即：轉向節(jié)所承受的沖擊力超過了材料的屈服強度,，使轉向節(jié)產(chǎn)生了顯著的塑性變形,，瞬間沖擊力的進一步增大，**終導致轉向節(jié)塑性斷裂,。
　　二,、設計不合理
　　2004年受黑龍江省消費者協(xié)會委托，我們對一例斷裂的小四輪拖拉機轉向節(jié)進行質量鑒定,。該轉向節(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致轉向節(jié)斷裂的可能性后,，我們發(fā)現(xiàn)，這個部位的圓角過分尖銳,，因此,，我們對該轉向節(jié)的其它部位的過度圓角（與斷裂位置的加工方法相同）進行檢測，結果發(fā)現(xiàn),，不僅過度圓角半徑設計值要求的過小,，而且實測值還遠小于設計值,。這就造成了轉向節(jié)過度圓角處應力過于集中，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,，必然會導致轉向節(jié)脆性斷裂,。
　　三、材料強度不夠
　　轉向節(jié)在拖拉機工作中承載著各種動態(tài)的載荷和復合的應力,，例如：拖拉機自重產(chǎn)生的彎曲力及剪切力,、轉向臂產(chǎn)生的扭力、轉向時產(chǎn)生的拉力及摩擦力,、行駛時產(chǎn)生的沖擊力等,。轉向節(jié)特有的工作條件，就對其材料的綜合力學性能有了很高的要求,，行業(yè)標準JB/T5182規(guī)定,，要采用高強度、高韌性和具有良好耐磨性能（高硬度）的合金結構鋼或碳素結構鋼制造,。而在斷裂實例中,，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委托,，對維峰20型輪式拖拉機右前輪轉向節(jié)的斷裂事故進行＞＞＞司法鑒定。在這起斷裂案件中,，轉向節(jié)是在立軸根部過度圓角處發(fā)生脆性斷裂的,。我們通過化學分析得到，轉向節(jié)材料的含碳量太高,，高達3.06%。含碳量大于2.11%的鐵碳合金為鑄鐵,。所以,，該轉向節(jié)材料是鑄鐵。通過金相分析,，轉向節(jié)材料的金相組織形態(tài)為灰鑄鐵的組織形態(tài),。通過機械性能測試，轉向節(jié)的抗拉強度為370MPa,；硬度為HB163,。而設計要求的抗拉強度在735MPa以上；硬度在HB241～331的范圍內(nèi),?；诣T鐵的機械性能根本達不到轉向節(jié)技術要求的機械性能,，遠遠低于合金結構鋼和碳素結構鋼的綜合性能，強度低,、塑性差,，脆性較大。而長期受到較大的動態(tài)沖擊力時,，就導致了轉向節(jié)在**薄弱的部位（應力集中處）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向節(jié)斷裂
　　在所有的斷裂案例中,，因這種缺陷導致轉向節(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，受理了一起因轉向節(jié)斷裂引起的仲裁檢驗,。該轉向節(jié)斷口表面上就存在較大的氣孔,，氣孔**大尺寸高達5mm以上。但經(jīng)綜合檢驗分析,，材料的金相組織,、化學成分、機械性能等各項指標卻均符合技術要求,。所以,，該轉向節(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型輪式拖拉機轉向節(jié)的斷裂事故進行司法鑒定,。在這起案例中,，我們遇到了因硫化物的存在而導致轉向節(jié)斷裂的事故。在進行斷口分析時,，該轉向節(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,。于是我們在裂紋源附近截取了金相試樣,，結果發(fā)現(xiàn)了一條很短、較寬的非金屬夾雜物,。經(jīng)化學分析,，硫的含量嚴重超標,，高達1.17%，而技術要求不超過0.03%,。根據(jù)金相組織特征和化學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力集中,，成為了疲勞源（即疲勞裂紋的起始點）。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，長期受到動態(tài)沖擊力時,，就加快了裂紋的擴展,，直至斷裂。
五,、熱處理缺陷
　　為了獲得良好的綜合力學性能,，以適應轉向節(jié)所承受的高強負荷，還需對轉向節(jié)進行必要的熱處理,。即通過淬火和調(diào)質等熱處理工藝,，來消除和改善組織缺陷和內(nèi)應力，以獲得高強度,、高硬度及良好的耐磨性,。在幾例斷裂的實例中，有的斷口特征類似操作不當造成的,，但又不是因操作不當引起的斷裂,。通過綜合檢驗分析,，轉向節(jié)材料的化學成分雖符合設計要求,，但其金相組織并非淬火組織，抗拉強度和硬度都偏低,。從轉向節(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,，有的金屬表面下層也沒有淬火。根據(jù)檢測結果分析,，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,，而分別引起了轉向節(jié)淬火軟點和淬而不硬的現(xiàn)象,，從而未能獲得所期望的強度和硬度及耐磨性，**終導致類似因操作不當造成的塑性斷裂,。
　　六,、綜合因素導致的斷裂事故
　　大多數(shù)轉向節(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，導致了多種多樣的斷裂方式,。
　　以上幾種實例只是些常見的案例,，導致轉向節(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，找出造成轉向節(jié)斷裂的原因及影響因素,，確定要改進的問題,，提高產(chǎn)品質量，以防重大事故的重復發(fā)生,，減少經(jīng)濟損失,。同時，斷裂分析在我國質量仲裁,、索賠活動中也起了很大的作用,。通過斷裂分析，分清了責任,，為用戶與經(jīng)銷者及生產(chǎn)者挽回巨大的經(jīng)濟損失,。斷裂分析不僅具有顯著的經(jīng)濟效益，而且斷裂分析積累的經(jīng)驗和知識又能促進科學技術的發(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)生了相當可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
 出自：黑龍江省農(nóng)機安全監(jiān)理

發(fā)表于 @ 2008年06月20日 14:56:00 |點擊數(shù)（）

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