摘要：电梯曳引机的螺栓在使用过程中断裂。通过化学成分分析、金相检验、硬度试验和断裂分析，分析螺栓断裂的原因。结果表明，由于原材料、设计、热处理等原因，螺栓性能降低，齿根处形成应力集中，在长期作用下发生疲劳断裂。交变应力。最后提出了控制螺栓原材料质量和严格进行调质热处理的改进措施。
关键词：电梯曳引机；螺栓;断裂;脱碳层
中国图书馆分类代码：TG115.2 文献编号：B 文献编号：1001-4012(2022)07-0068-04
在运行过程中发生电梯轿厢顶部事故[1]。经现场调查发现，事故中电梯曳引机制动器的压簧螺栓断裂[2]。断螺栓的宏观外观如图所示。 1 所示。断头螺栓为高强度钢六角法兰螺栓8.8级螺栓表面硬度，材质为45#钢，直径20mm，强度等级为8.8级。笔者对断头螺栓与其他并确定了螺栓失效的形式和原因，为避免类似事故再次发生提供了理论依据[3-4]。
1 理化试验
1.1 硬度测试
使用HRD-150洛氏硬度计，在断裂螺栓和同批次螺栓的中心区域（轴线）和1/2半径区域进行硬度测试，结果如图所示表1 从表1可以看出，断螺栓和同批次螺栓的整体硬度比较均匀，但中心区域的硬度略低于1/2半径区域的硬度；平均硬度为25.1 HRC和23.9 HRC，均符合GB/T3098.1-2010紧固件螺栓、螺钉和螺钉的机械性能。柱”，但接近规定的下限；断裂螺栓中心区洛氏硬度为23.8HRC，接近GB/T309的下限8.? 1—2010；同批次螺栓中心面积为22.5HRC，低于GB/T 3098.1-2010的要求。
1.2 化学成分分析
通过线切割对断裂螺栓的横截面进行取样。用水磨砂纸打磨后，用真空火花发射光谱仪分析基体材料的化学成分。结果见表2。结果表明碳、磷含量均超过GB/T 699-2015《优质碳素结构钢》的要求。
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1.3 断裂分析
?1.3.1裂缝宏观分析
螺栓断口宏观观察表明断口比较光滑，断口基本垂直于轴向。断口分为Ⅰ~Ⅳ区，其中Ⅰ区和Ⅱ区存在多个裂纹源。裂纹始于螺栓根部，并伴有明显的台阶，说明该区域应力或应力集中较大；是具有明显“壳纹”图案的裂纹扩展区； IV区是最终断裂区，是由于裂纹扩展到一定程度时材料的截面减小和疲劳强度不足造成的。由此可以推断螺栓断裂形式属于多源疲劳断裂（见图2)。
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1.3.2 断口显微分析?
将断口置于无水乙醇中超声清洗，干燥10 min后，用扫描电镜（SEM）观察断口形貌。可以看出螺栓断裂从螺纹根部开始[见图3a)]；该部分属于应力集中区，解理步骤较多[见图3b)]；螺纹边缘有剪切唇，断口可见明显的二次裂纹[见图3c)]；裂纹扩展区部分区域有“滩”纹，呈现出较为明显的层状结构，具有大量表征疲劳断裂的微观“疲劳条纹”，疲劳裂纹的扩展主要以准解理断裂为主[参见图 3d)]；在最终断裂区形成大量的凹坑，呈现出韧性断裂的特征形貌[5]，这是因为随着疲劳裂纹的不断扩展，螺栓有一定的开裂位移，导致一定的松弛释放施加在破裂螺栓上的径向力，从而形成类似酒窝的结构[见图3e），3f）]。
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1.4 金相检验
从断裂螺栓和同批次螺栓中抽取径向样品。对样品进行机械研磨抛光，1/2半径区域用4%（体积分数，下同）亚硝酸乙醇溶液腐蚀8s，样品在纯水+乙醇溶液中洗涤干燥，观察用光学显微镜观察试样的显微组织，并按照GB/T6394-2017《金属的平均晶粒度》[6]评估试样的晶粒度。从检测结果可以看出，断裂螺栓中心区的显微组织为片状珠光体+白色网状，针状和块状分布的铁素体。等级被评为 8~9.5 [见图 4a)]。断裂螺栓外表面的网状铁素体相对较少，粒度等级为9级[见图4b)]。同批次螺栓中心区显微组织与断裂螺栓相似，但网状铁素体分布不同，晶粒度较均匀，晶粒度等级为9级[见图5a )]。同批次螺栓外表面区域显微组织与断裂螺栓相似，1/2半径区域网状铁素体明显减少，晶粒度更细，晶粒度等级为9.5 级 [见图 5b)]。
1.5 脱碳试验
根据GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》，分别采用HVS-10维氏硬度计对断裂螺栓和同批次螺栓进行测试外表面、1/2半径区域和中心区域进行维氏硬度测试，结果见表3。从表3可以看出，外表面区域的维氏硬度平均值断裂螺栓和同批次螺栓分别为231.9HV和250.4HV，均小于GB/T 4340.1—2009要求（≥255HV），远低于 1/2 半径区域和中心区域，表明断裂螺栓外表面有完全脱碳层[7]，同批次螺栓外表面有不完全脱碳层。 （参见 6)。
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从中心切割样品以制备轴向样品。机械研磨抛光后，用4%硝酸酒精溶液腐蚀20s后观察脱碳层。断裂螺栓外表面有厚度约55.96μm完全脱碳层[见图7a)]，不符合GB/T 3098.1-2010(≤15μm ）。同批次螺栓外表面有不完全脱碳层[见图7b)]，不完全脱碳层硬度测试结果为299.3, 258.2,233 HV ，不符合GB/T3098.1-2010的要求。断裂螺栓的完全脱碳层和同批次螺栓的不完全脱碳层有裂纹[见图8a)、8b)]。
2综合分析
以上理化检验结果表明，断裂螺栓属于多源疲劳断裂，疲劳起源于应力集中的螺栓齿根表面。8.8级螺栓表面硬度，降低了螺栓的硬度和疲劳强度，螺栓在长期交变应力作用下发生疲劳断裂。螺栓的齿根部分缺乏有效的过渡弧，容易形成应力集中区。当应力超过其断裂强度时，会在其应力集中的薄弱点形成裂纹源。 ?
断裂螺栓的含碳量低于GB/T699-2015要求的范围，降低了螺栓的疲劳强度和硬度。断裂螺栓的显微组织为片状珠光体+铁素体（白色网状、针状和块状分布），这表明热处理时螺栓奥氏体化的加热温度过低或淬火前的保温时间不足，导致断裂螺栓基体硬度分散度增大，基体疲劳强度显着降低，塑性和韧性下降，特别是冲击韧性显着降低，最终在螺栓裂纹中表现出准解理断裂形貌的微观特征传播区。
3 结论和建议
螺栓齿根表面有不合格的脱碳层。齿根缺乏圆弧过渡，容易形成应力集中。螺栓的硬度和疲劳强度都降低了。在长期交变应力作用下疲劳断裂。
建议加强质量监控，严格检查螺栓的化学成分、力学性能、显微组织和表面缺陷，严把原材料质量关，严格按照国家标准要求进行调质热处理。获得精细回火电缆的工艺。可全面提高螺栓的塑性和韧性。同时，应适当增大螺栓齿根圆弧半径，降低表面粗糙度，以减少应力集中。 ?
参考资料：
[1] 袁黛霞．电梯事故原因分析及预防措施[J]．广东科技, 2012, 21(19):164-165.
[2]曹国洲，李国伟，肖道庆。锌合金铸件断裂失效分析[J]．热加工技术, 2012, 41(23):206-207.
[3] 鲍宪华，丁二喜，张巨光，等。电梯曳引机连接套与蜗轮的失效分析[J].中国特种设备安全, 2012, 28(1): 64-66.
[4] 罗海军，闫斌。电梯蜗轮曳引机连接套失效分析[J].中国电梯，2017(28):64-67.
[5]孙明正．地铁转向架连接螺栓断裂的原因[J].理化检验(物理卷), 2021, 57(8):58-60.
[6]罗海军，闫斌，朱全礼，等。挤压铸造锌合金的组织与性能及固溶时效[J].铸造, 2017, 66(6):577-581.
[7] 马成，王立辉，宋悦，等．汽车用高强度螺栓断裂分析[J].天津冶金, 2021(1):41-44.?
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? > > and - > 58 > Issue 7 (pp:68-71)?>
