起重吊车制动轮失效分析

用于施工建设的起重吊车的制动轮材质系35CrM0钢，经淬火、回火处理。工作时其轮面与钢丝绳接触，通过盘绕或放松钢丝绳控制吊车起重物件的上下位置，其轮面与钢丝绳问产生剧烈的摩擦。该吊车使用不久，发生制动轮开裂失效，开裂时发生在冬季，环境温度为-35℃低温。

开裂的制动轮断口上具有放射状条纹，按这些放射状条纹形态判断裂源位于轮面上，且为多源。宏观断口形貌属脆性解理断裂，如图1所示。

在断口附近一轮面上有呈蓝黑的氧化色，仔细观察有大量的细小、大致平行的微裂纹，其裂纹方向与制动轮圆周面相垂直，即与钢丝绳接触时产生的摩擦力方向相垂直。按其裂纹形态，这些细裂纹属摩擦热和摩擦力作用引起的热疲劳裂纹，如图2所示。对照宏观断口形貌可发现，解理断裂的放射状条纹发源于这些裂纹处。

在微裂纹处取样，制成金相试样后在抛光态下观察，微裂纹一般仅几十微米深，经浸蚀后可观察到裂纹沿晶界扩展的特征，如图3及图4所示。

断口用二次复型在透射电镜中观察，裂源处即热疲劳裂纹断口部位为沿晶断裂，表面有氧化皮覆盖，放射状区断口为具有河流花样的解理断裂，如图5一图8所示。

综上分析，得出制动轮开裂失效主要是因制动轮工作过程中，由于轮面与钢丝绳反复摩擦，在摩擦热和摩擦力作用下先形成热疲劳裂纹，然后在低温环境条件下以热疲劳裂纹为源发生解理脆断。

图1  2X

图号：图1

说明：制动轮断口上切下的一部分断口形貌，为有放射状条纹的解理断口，图中所示有两处裂源，见箭头所示处。 

图2  3×

图号：图2

说明：断口附近轮面上有大量平行的细小裂纹呈白色短条状，这些裂纹的方向与制动轮圆周面相垂直，裂纹附近均有氧化现象，其形态属热疲劳裂纹。

图3  50×

图号：图3

说明：垂直于表面微裂纹切割试样，在抛光态下观察，微裂纹走向与轮面呈一倾角，与疲劳裂纹扩展第1阶段形态符。这些裂纹均较浅，仅几十微米左右，符合热疲劳裂纹特征。

图4 OMI 500X

图号：图4

说明：试样用4％硝酸酒精溶液浸蚀后，其显微组织属回火索氏体，裂纹呈沿晶扩展，由于氧化作用，裂纹变宽和充满氧化皮。

图5  TEI  500X

图号；图5

说明：断口采用二次复型方法作电镜观察，在热疲劳裂纹部位的形貌为沿晶断裂，其上有氧化皮覆盖。

图6  TEI  6000X

图号：图6

说明：裂源区的热疲劳裂纹断口形貌，致密的氧化皮形貌，通常在高温下形成。

图7  TEI  5000X

图号：图7

说明：断口放射状区微观形貌，典型的河流状花样，为解理断裂的特征。当材料在脆性转变温度以下发生断裂时，常以解理方式发生，与制动轮在冬季低温下发生突然开裂情况相一致。

图8

图号：图8

说明：解理断口微观形貌，除有河流花样外，还有舌状花样。