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钎杆疲劳裂纹分布的研究

2018/06/19165 作者:佚名
导读: 对断裂后的B22 锥形钎杆, 钎肩前、杆体中部和锥体部位的内疲劳裂纹分布情况进行分析,钎杆在钎肩中部内疲劳断裂。从分析结果可以看出:钎肩前的内疲劳裂纹比较粗、长、深,说明这个部位的应力值最大,但裂纹数量相对要少。锥体部位的裂纹、数量非常多,密度高,但比较浅、小,说明此处受到的反射应力频率高,但应力值小,且观察到应力波和反射应力波的叠加区, 造成疲劳裂纹增多的情况。钎肩和部分钎尾的内疲劳分布情

对断裂后的B22 锥形钎杆, 钎肩前、杆体中部和锥体部位的内疲劳裂纹分布情况进行分析,钎杆在钎肩中部内疲劳断裂。从分析结果可以看出:钎肩前的内疲劳裂纹比较粗、长、深,说明这个部位的应力值最大,但裂纹数量相对要少。锥体部位的裂纹、数量非常多,密度高,但比较浅、小,说明此处受到的反射应力频率高,但应力值小,且观察到应力波和反射应力波的叠加区, 造成疲劳裂纹增多的情况。钎肩和部分钎尾的内疲劳分布情况说明,热扩水针孔的截面变化部位,由于出现应力集中而产生了裂纹;钎肩中部,若钎肩形状设计不合理,出现喇叭口时,也因应力集中现象而出现粗大裂纹,造成钎肩中部的断裂。

分析中还发现,钎肩设计合理的钎杆,钎肩中部内孔适当缩小, 但缩小的过渡区过于剧烈时也会出现粗大裂纹而在此处断裂; 试验中数支钎杆就是在此处断裂。试验还对杆体中部的内疲劳裂纹分布作了纵向剖视分析,从纵向剖面上可以看出; 杆体中部的内疲劳裂纹数量少,而且多是浅、小裂纹,说明其所受应力值小,反射波叠加也因距钎头远,反射波已经衰减而叠加现象减少, 所以杆体中部断裂的机率低些。

钎杆外疲劳裂纹的分布。钎尾、钎肩前、杆体中部的外疲劳裂纹无明显的规律性分布特征。这些部位的外疲劳断裂比较分散,往往与这些部位的外表面缺陷相联系。换言之,这些部位只要出现严重的外表面缺陷, 就会在这些严重缺陷部位产生外疲劳源, 并发展为疲劳裂纹且扩展而最终造成钎杆的外疲劳断裂。锥体部位的断裂,主要是外疲劳断裂,为此专门作了锥体部位的外疲劳分布的研究。

锻造锥体因几何尺寸精度差,与车床加工的钎头锥孔配合差,造成锥体的应力分布极不均匀,接触不良的部位受力大,容易产生裂纹。

主要有:

(1)钎杆锥体插入深度不够,在插入部与未插入部之间产生粗大外疲劳裂纹,容易造成锥体的中部断裂。

(2)钎杆的锥体是腰鼓形,所以锥体端部和中部都有粗大裂纹。

(3)钎杆锥度较好,只在锥体端部出现粗大裂纹。此外,少量钎杆锥体的外表面都可以看到"桔皮状"的粗糙情况,这是粗密疲劳裂纹造成的现象,与其锥体部位的疲劳裂纹一样,应力频率高,但应力值小。所以,锥体附近部位,如果没有严重的外伤(卸钎头时的严重敲击)或外表面缺陷,一般不在这些部位断裂。

在实际凿岩作业中,还经常遇到钎尾炸顶和堆顶的情况,个别的在钎尾108 毫米处根部断裂。钎尾108 毫米处断裂主要与根部圆弧的大小密切相关, 根部圆弧大于4.5 毫米并稍加改进圆弧过渡,此处一般不会断裂。

而钎尾炸顶和堆顶主要与钎尾热处理硬度有关,若钎尾淬火、回火后硬度仍高于HRC57则容易出现炸顶,而硬度低于HRC49 常常会出现堆顶情况。

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