Page 62 - 理化检验-物理分册2021年第九期

王光存, 等: 某装载机转向油缸活塞杆断裂原因

业时的可靠性与安全性。 装载机在作业过程中需频
繁转向, 导致油缸受到反复交变载荷作用。装载机
的设计要求为基体安全系数 3~5 , 无故障运行

3000h以上。该活塞杆在运行500~1000h过程
中即出现断裂, 为典型的早期失效事故。该油缸活
塞杆材料为经调质处理的45钢, 加工工艺流程为毛
坯→粗车→精车杆头→磨外圆→抛光外圆→电镀→
抛光外圆。为了防止活塞杆断裂事故再次发生, 作
者对断裂活塞杆进行了失效分析。

图2 断裂活塞杆的宏观形貌
图1 装载机转向油缸安装位置示意 Fi g 2 Macromor p holo gy offractured p istonrod

Fi g 1 Dia g ramofinstallation p ositionofsteerin g a p istonrod1 b p istonrod2

c y linderforloader
1 理化检验
1.1 宏观形貌
取2 个典型的断裂活塞杆, 观察其宏观形貌。
由图2可以看出, 活塞杆1在耳环根部断裂, 耳环折
断部分丢失, 杆体完好, 无明显弯曲变形, 经测量, 其

直线度为0.04mm , 符合设计图纸的要求; 活塞杆2
也是在耳环根部断裂, 耳环发生严重变形, 且活塞杆
伸出部分发生弯曲变形。
利用线切割在2个活塞杆的耳环根部断裂位置
截取试样, 观察断口宏观形貌。由图3可以看出, 2
个活塞杆的断口均为典型的疲劳断口, 图中1为裂
纹源区, 表面细腻光滑, 有多个疲劳台阶, 说明有多
个裂纹源共同萌生和扩展; 2为疲劳裂纹扩展区; 3
为裂纹失稳断裂区, 表面较粗糙; 4为剪切唇区。可
以判断, 活塞杆1是在拉伸过程中发生瞬断, 活塞杆 图3 断裂活塞杆断口的宏观形貌
2是在压缩过程中发生瞬断, 且断裂过程中杆体受 Fi g 3 Macromor p holo gy offractureoffractured p istonrod

到额外弯曲作用力而发生弯曲。 a p istonrod1 b p istonrod2
1.2 微观形貌 缺陷。可以判断, 活塞杆1的断裂属于表面起裂的
采用扫描电镜( SEM ) 观察 2 个活塞杆的断口 多源低周疲劳断裂 [ 1-3 ] 。疲劳裂纹扩展区断口呈典
微观形貌。由图4可以看出, 活塞杆1断口的裂纹 型的层片状解理面形貌, 还可观察到河流状花样, 说
源区右侧部分平整光滑, 左侧台阶区存在表面断层 明裂纹以解理的方式扩展。在瞬断区, 可以看到放
及亚表层二次裂纹, 此区域为2个不在同一平面的 射状河流花样, 伴有明显的撕裂棱和凹陷, 说明
裂纹扩展后交错形成的区域, 裂纹源区未见夹杂等 此处为准解理断裂。 由图 5 可以看出: 活塞杆 2 的
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