钢丝绳断裂原因分析

第34卷第1期2016年2月

V ol.34，No.1，p50-54

February2016物理测试

Physics Examination and Testing

DOI：10.13228/j.boyuan.issn1001-0777.20150113

钢丝绳断裂原因分析

刘敏，张彦文，王志奋，吴立新

（武汉钢铁集团公司研究院，湖北武汉430080）

摘要：钢丝绳在与滑轮接触的部位断裂，采用金相显微镜和扫描电镜等对断裂钢丝绳进行了观察和分析。结果表明：钢丝绳断口及断口附近多处观察到挤压磨损痕迹，断口多为压扁状断口，并且在压扁状断口附近观察到多处硬化层；分析认为钢丝绳在使用过程中局部产生了严重的挤压磨损，导致部分钢丝绳发生变形及加工硬化而变脆，甚至部分钢丝股因外力挤压出现断丝，钢丝绳的整体承重能力下降，导致局部承载过大发生断裂。

关键词：钢丝绳；压扁状断口；挤压；硬化层

文献标志码：A文章编号：1001-0777(2016)01-0050-05

Fracture cause analysis of the steel wire rope

LIU Min，ZHANG Yan-wen，WANG Zhi-fen，WU Li-xin

（Research and Development Center，Wuhan Iron and Steel Group Co.，Wuhan430080，China）

Abstract：The steel wire rope was fractured from the position contacting with the pulley.The fractured wire rope was observed and analyzed by metallographic microscope and scanning electron microscope.The results showed that several extrusion and wear traces were observed on and near the fracture of the wire rope.The fractures were mainly flattening-like，and several hardened layers were observed near the flattening-like fractures.The analysis suggested that partial steel wire rope was seriously extruded and worn in use，leading to the deformation and work hardening.As a result，the steel wire rope became brittle and even fracture of some strands due to the external compression.The overall load-carry-ing capacity of steel wire rope was reduced，causing fracture in the position with overload.

Key words：steel wire rope；flattening-like fracture；extrusion；hardened layer

起吊钢丝绳是提升机构设备中的重要零件，广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、建筑、航空、机械等行业[1]。在钢丝绳的使用过程中，如果不注意钢丝绳的合理使用和及时更换，就会严重降低钢丝绳的承载能力，最终导致钢丝绳断裂。而钢丝绳的突然断裂往往会对相关设备和相关人员的人身安全造成极大的损害。

某公司委托检测1件钢丝绳断裂件，该钢丝绳出厂日期为2013年3月26日，型号为35*7-ϕ18，主要用于汽车吊挂重物；钢丝绳的安全载荷为5t，事故发生时钢丝绳承重为5t，断裂部位位于钢丝绳与滑轮接触部位。

1材料与分析方法

1.1试验材料

所取材料为断裂的钢丝绳试样，材料采用65钢。对所送的钢丝绳进行取样拆股分析后可知：送检样品由35小股钢丝绳组成，每小股由7根钢丝组成，即整个钢丝绳由245根细钢丝捻绕而成。其中钢丝绳外圈共有16股，次外圈共有15股，内圈由6股包着1股共7股，其截面示意图见图1

。

图1钢丝绳的结构示意图

Fig.1Structure diagram of the wire rope

1.2试验方法

首先对钢丝绳进行宏观和微观形貌分析，判断

作者简介：刘敏（1986—），男，硕士，工程师；E-mail：tmliumin123@；收稿日期：2015-10-26

钢丝绳断裂原因分析第1期·51·

钢丝绳断裂的类型以及数量，并分析断口判断断裂起源；然后在断裂起源部位取若干截面试样，进行镶嵌、磨制、抛光和腐蚀后在OLYMPUS GX71金相显微镜下进行微观形貌和组织观察，试样的高倍组织和断裂形貌在FEI Quanta 400扫描电镜下进行，并在显微硬度计下进行组织显微硬度分析。

2

结果与分析

2.1

宏观分析

送检的钢丝绳长度约为1.5m ，经初步观察可

见：钢丝绳的断口参差不齐，部分钢丝被拉得较直，变形量较大，沿轴向有较大延伸，受力较大；另一部分钢丝股相对较弯曲，无明显延伸，受力较小。钢丝绳的表面附有较多的油污，手持放大镜观察，可见一些钢丝绳断口部位挤压变形严重，另一些断口呈塑性拉伸断裂特征，如图2所示。

对钢丝绳所有钢丝的断口（共35股，245根钢丝）进行统计，结果如表1所示。从其中可以发现外圈的压扁断口根数每股多在5根以上，而次外圈的压扁根数每股多在4根以下，内圈的7股钢丝绳则

基本没有压扁断口。

(a)钢丝绳断裂部位整体形貌；(b)压扁状断口的宏观形貌；(c)颈缩状断口的宏观形貌。

图2

断裂钢丝绳的宏观形貌

Fig.2

Macro-morphology of the wire rope fracture 表135股钢丝绳每股压扁断口根数统计

Table 1

Number of crush-shaped fracture of every share among 35shares

股数外圈股数（16股）内圈股数（12股）心部股数（7股）

7根断0根的股数

257根断1根的股数

2

7根断2根的股数

1

7根断3根的股数1

4

7根断4根的股数

47根断5根的股数4

7根断6根的股数41

7根全断的股数7

整个钢丝绳的压扁断口共有134根，占所有断口的54%。其中外圈钢丝绳的压扁断口共有96根，占外圈所有112根断口的86%。说明损伤发生在断裂前的可能性比较大，因为如果是断后被外力损伤则内圈、次外圈、外圈上发生“压扁”的概率均等。

同时在远离断口约400mm 和650mm 的部位，也观察到局部断丝现象，断丝多发生在外圈，断口也多为压扁状断口。2.2

断口微观形貌分析

将断丝的断口分为压扁状断口和颈缩状断口两类，经超声波清洗后，用Quanta 400扫描电镜观察。压扁状断口断面扁平，形状不规则，部分钢丝断面的减薄超过了钢丝直径的2/3，该损伤可能为较长时间多次受较大侧向外力形成，局部高倍放大可

见明显挤压磨损痕迹，如图3所示。

将部分压扁断口竖立观察，一些断口可见钢丝表面存在明显力学损伤，断裂起源于损伤部位，其低倍形貌如图4（a ）所示，断裂源放大如图4（b ）所示，可见明显挤压变形特征，断面微观形貌主要为韧窝特征，如图4（c ）所示。另有一些断口表面存在挤压变形，断裂起源于变形部位，然后扩展、断裂，其挤压变形部位可观察到明显磨损，断口低倍形貌如图4（d ）、图4（e ）所示。

将部分断丝部位的钢丝绳解开后，扫描电镜下，从断丝部位侧向形貌可见明显挤压变形及损伤，从断丝的端面形貌可见端面的磨损较严重，如图5所示。因此说明：钢丝绳没有发生断裂的部位也存在较多外力造成的损伤，只是未发生断裂而已。

刘敏，等：