电梯对重架断裂失效分析

章芳芳 方湘瑜 黄六一

摘要：某部电梯在服役6个月后，对重架发生断裂失效。通过断口宏观形貌、化学成分、力学性能、显微组织、断口扫描及能谱等研究了对重架断裂失效的原因。结果表明：该对重架槽钢化学成分、抗拉强度不符合要求，存在魏氏组织，导致槽钢的韧性和冲击性能下降;中心疏松的存在破坏了钢的结构完整性，容易在开孔处形成局部应力集中。

关键词：对重架;中心疏松;魏氏组织

2018年12月，一部电梯在服役6个月后，对重架槽钢发生断裂。该槽钢的材质为Q235B，规格型号为16a，尺寸为160（腰高）×63（腿宽）×6.5（腰厚）mm，制造标准为GB/T700–2006《碳素结构钢》。

一、检验检测

（一）断口宏观分析

图1为断口宏观形貌，断口上有明显放射性条纹及人字纹区域，且表面呈光亮色，与断口其他区域呈暗灰色有显著区别。根据断口学研究，放射性条纹汇聚点及人字纹反方向为断裂起始点[1]，即开裂起始于A处附近区域，且为脆性断裂。放射状条纹区断面目视无明显塑性变形，此区域之外均有较明显的塑性变形。

（二）化学成分

用ARL4460直读光谱仪及CS2800红外碳硫仪进行化学成分分析，结果见表1，其中C含量超出GB/T 700–2006和GB/T 222–2006《钢的成品化学成分允许偏差》规定的要求。

（三）力学性能试验

在槽钢腰部目视未发生明显塑性变形区域制取试样进行拉伸、冲击和弯曲试验。从表2可以看出，材料的上屈服强度ReH、断后伸长率A、冲击功均满足GB/T 700–2006的要求，但抗拉强度Rm值大于标准规定。通常情况下，C含量越高，钢的强度越高，这与化学成分分析结果一致。试样经180°弯曲后，外表面无目视可见的裂纹和裂口，符合标准GB/T 700–2006的要求。

（四）金相分析

在远离断口及断口附近分别取样进行金相检验。两处显微组织均为铁素体+珠光体+魏氏体。根据GB/T 13299–91《钢的显微组织评定方法》，评定魏氏体级别均为2级，见图2。魏氏体产生的原因一般认为一是加热温度过高，产生过热，导致奥氏体晶粒粗大;二是冷却速度过快，在冷却过程中，先共析的铁素体从奥氏体晶界上沿一定的晶面向晶内生长，以针片状形态析出[2]。魏氏体的存在会使钢的塑性和冲击韧性显著降低，对低温冲击更敏感，会明显降低低温冲击值。

（五）低倍组织检验

用50%盐酸溶液热浸蚀槽钢横截面进行低倍检验，发现横截面转角处存在孔洞，呈圆形或椭圆形，并连接呈线状，为中心疏松缺陷，见图3。在铸坯轧制时，一般轻微的疏松在轧制力和高温共同作用下会焊合，对成品性能并无影响。但该槽钢的中心疏松并未被焊合，保留在槽钢成品中。严重的疏松缺陷常会造成结构应力集中，形成开裂。

（六）扫描电镜分析

A处断口形貌见图4，区域内有河流状及扇形花样特征，为典型的脆性断口特征，并存在较多孔洞，位置与中心疏松对应，说明裂纹起源于中心疏松。

二、结果分析

综上所述，该对重架槽钢的C含量高于标准要求，使材料强度增加，脆性增加，韧性下降。魏氏体的存在通常会使材料的塑性和冲击韧度显著下降。低倍组织检验发现存在较严重的中心疏松缺陷，破坏材料性能的连续性，造成应力集中。扫描电镜分析表明，裂纹起源于中心疏松，为脆性断裂。通常在槽钢的使用过程中对其强度性能更加关注。该槽钢的力学性能基本满足标准或结构设计要求，但由于C元素含量过高、魏氏组织、中心疏松及孔洞缺陷等因素，導致材料脆性较高，塑性韧性较差。

当电梯正常运行时，槽钢可以承受常规载荷，但当其受到瞬时冲击或过载等情况时，会在槽钢内部的疏松缺陷造成局部应力集中，导致槽钢的脆性开裂，并在电梯运行产生的应力下扩展，最终造成整体结构失稳断裂。

三、结论

C含量超高、魏氏组织的出现，使槽钢脆性增加、韧性下降。在中心疏松处发生应力集中，导致槽钢发生脆性开裂，最终在电梯运行过程中断裂。

参考文献

钟群鹏，赵子华.断口学[M].北京：高等教育出版社，2006.

潘健生，胡明娟.热处理工艺学北京：高等教育出版社，2009.