在用起重机车轮裂纹成因分析

在用起重机车轮裂纹成因分析

[摘要]：本市某重型机械加工企业的1台最大额定起重量为200t 的通用桥式起重机，在进行年度定期检验的过程中发现，在经过2年时间的使用之后，该起重机的大车车轮及小车车轮均出现不同程度的裂纹。为避免裂纹继续扩大，导致严重事故的发生，笔者要求该企业立刻联系生产厂家对这批车轮进行探伤处理，并要求探伤不合格的车轮必须报废。本文对该起重机车轮裂纹产生的原因进行了分析，并提出了相关的预防措施。

[关键词]：车轮裂纹轨道分析

中图分类号：tg519.5+3 文献标识码：tg 文章编号：1009-914x（2012）32- 0042 -01

该企业主要进行大型锻床等设备的加工，该起重机主要进行原材料及半成品设备的吊装工作，所涉及的重物均在100吨以上。这批设备于2009年8月通过验收并投入使用，在不到2年的时间里，起重机车轮便出现了严重的裂纹现象。

1.车轮裂纹概况

该起重机型号为qd200/50-28a5，车轮为标准双轮缘圆柱踏面形式，大车轮直径为φ710mm，小车轮直径为φ400mm，材质为

zg340-640。在年检的过程中发现，车轮踏面上布满了裂纹（见图1）。根据gb 6067.1-2010 《起重机械安全规程第1部分：总则》第4.2.7条规定，在钢轨上工作的车轮出现影响性能的表面裂纹时，应报废。为判断该批车轮裂纹是否会影响起重机的正常使用，规避

安全隐患，笔者要求使用单位立刻联系生产厂家，对车轮进行探伤处理。经过探伤检测之后发现，这批车轮中有2个车轮裂纹已达到报废标准，厂家立即对其进行了更换。

2.裂纹成因分析

2.1轨道硬度大于车轮硬度

起重机用的轨道实际上与车轮的使用寿命密切相关。理论上可通过提高车轮的性能（包括与轨道直接接触的踏面与轮缘的硬度）来提高车轮的承载能力和使用寿命。车轮硬度过高会导致轨道磨损加剧，而轨道硬度过高则会导致车轮磨损加剧。故轨道与车轮的强度（硬度）应有合理的匹配关系。由实测数据可知，车轮硬度大于轨道硬度，且超出了标准规定的范围。轨道面磨损严重，轨道四周布满铁屑，是车轮磨损轨道所致。故并非因轨道硬度大于车轮硬度而导致其表面产生裂纹。

2.2 车轮热处理工艺问题

该起重机车轮属于铸钢车轮，材质为zg340-640，车轮在加工完成之后，都应进行消除内应力处理。铸钢车轮在机加工之前应进行退火以消除内应力。根据jb/t6392-2008《起重机车轮》规定，起重机车轮轮辋应进行表面淬火处理（表面硬度应符合表1要求），淬火前应进行细化组织处理。

该起重机车轮实际直径为710mm，根据标准规定，其淬硬层深度应≥20mm。为了判定其是否满足设计要求，对其淬硬层深度进行了测量。

我们用气割的方法将车轮切开，为了消除热影响区，留出20mm 的加工余量，再加工成径向坡面试样。从踏面开始，用硬度计沿径向每隔3-5mm测一点，测出硬度大于或等于260hbw处的深度，仅在9mm左右，车轮淬硬层深度未达到标准规定的要求，这种现象的成因在于，车轮的热处理工艺存在缺陷。

热处理是车轮制造的一个重要工序，正规厂家的具体热处理工艺参数为：淬火温度810±10℃左右，加热时间3-3.5h，淬火时间280s，回火温度500±10℃，回火时间4h。车轮所用钢材属于铁素体-珠光体型中高碳钢，其中珠光体组织的体积分数占80%以上，其组织形态和分布对钢的性能有很大的影响，珠光体片层间距的大小，决定了珠光体组织性能的优劣，而影响珠光体片层间距大小的因素主要是转变温度。要在淬火冷却过程中获得足够细小的珠光体（晶粒度6-7级），轮辋部位在高温区域的冷却要快，即相变的过冷度越大，珠光体形成温度越低，其组织才会达到理想的细化要求。而随着回火温度的升高，车轮表面硬度均有所下降。金相分析表明，车轮淬火后，轮辋表层组织约为3-5mm深的马氏体组织，这种组织对回火温度较为敏感，因此回火温度也是控制车轮质量的重要手段，可通过调整车轮回火温度来改善车轮加工工艺。

根据以上内容可知，车轮热处理过程的各个环节都直接影响着车轮的整体质量。据此分析，该起重机车轮裂纹的主要原因在于：在淬火过程中，由于淬火时间或淬火温度未达到工艺要求，使其表面淬硬层深度较浅。同时，由于回火温度不够，导致车轮踏面硬度

过高。综合上述因素，最终导致车轮踏面出现裂纹，甚至成片剥落。

3.结束语

起重机车轮踏面因与钢轨接触发生摩擦而发热，易剥落、碾堆，需要较高的硬度、强度和耐磨性，是起重机是最易磨损的零件之一，因此需要车轮有良好的综合机械性能，而合理的热处理过程是保障车轮质量的有效手段。车轮的热处理分为表面淬火和整体淬火，而表面淬火的车轮，由于受淬火时间和温度、回火时间和温度等的影响，其表面硬度和淬硬层深度往往无法达到标准的要求，车轮所承受的最大剪应力超过淬硬层的深度，踏面上往往会出现大面积的网状裂纹，最终导致踏面出现大片的剥落（压碎）。为了有效控制车轮的质量，杜绝因车轮开裂而导致的安全事故发生，车轮生产厂家必须从车轮制造流程入手，合理控制和优化热处理过程，严格执行热处理工艺。

参考文献：

[1]gb 6067.1《起重机械安全规程第1部分：总则》，2010.

[2]jb/t 6392 《起重机车轮》，2008.

[3]邓文英郭晓鹏 . 金属工艺学 . 高等教育出版社，2004.2.

[4]叶宏张小彬等 . 金属热处理原理与工艺 . 化学工业出版社，2006.5.