某水泥厂的1200型旋回
破碎机用于矿石的一级破碎，其主轴与锥体衬板装配在一起，构成破碎圆锥，主轴上下支点距离远，工作条件恶劣。该破碎机主轴使用15个月后突然断裂。根据图纸要求，该主轴材料为37SiMnMoV钢，热处理后硬度为241 - 286 HB，主轴不允许有影响强度的缺陷存在。该断裂主轴与破碎机锥体的装配图如图1所示，断裂部位距锥体底部约500 mm。断面与主轴轴线垂直，有多个断裂源。在断裂源区可观察到明显的疲劳花样。
1、理化检验
对断裂主轴取样进行化学成分分析。由表1可以看出，断裂主轴化学成分与55钢成分相近，但不符合图纸中主轴材料为37SiMnMoV钢的要求。对主轴进行硬度检验，硬度值为180 - 220HB，与技术要求相比，断裂主轴硬度略低。
对断裂主轴取样进行金相组织检验，组织为珠光体+铁素体，珠光体团尺寸较粗大，有带状组织，根据GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定方法》，带状组织为5级。
对断裂主轴断口取样进行扫描电子显微分析，并对源区进行EDX分析，在该区未发现异常元素。对断裂主轴的断口观察表明．断裂机制为解理。
2、断裂原因分析
从以上检验结果可以看出，断裂主轴选用材料与图纸要求不符，采用55钢替代37SiMnMoV钢是不合适的。两种钢经过调质处理后可获得相似的组织，与55钢相比，在淬火加热保温过程中，37SiMnMoV钢可固溶大量合金元素如Si、Mo.V、Mn等，具有较高的淬透性。另外，37SiMnMoV钢有很好的回火稳定性。因此，37SiMnMoV钢零件经过调质处理后，有较高的综合力学性能，使用过程中不容易产生疲劳裂纹。该断裂主轴硬度偏低，其强度自然也低。在交变载荷作用下易产生疲劳裂纹核心，疲劳裂纹也易于扩展。晶界可看作裂纹扩展的障碍，粗晶粒的零件强度低，韧性差，在交变载荷作用下容易产生不均匀滑移，导致疲劳裂纹萌生和扩展。断裂主轴晶粒粗大，且组织不均匀，故疲劳裂纹易于萌生和扩展。从组织状态看，断裂主轴金相组织为珠光体+铁素体，可以推断该主轴的热处理工艺应为正火处理，虽然正火处理可以获得与调质处理相同的硬度，但调质处理所获得的样品具有较高的疲劳极限。断裂主轴有明显的带状组织，有大块铁素体存在，珠光体片层间距大，这些因素也会导致主轴出现早期断裂。
3、结论及采取的措施
综合上述分析可知，主轴材料与技术要求不符是该主轴出现早期断裂的主要原因，主轴的组织状态也是影响其使用寿命的重要因素。为预防同类事故的发生，在零件制造过程中，应根据设计要求选用制造材料，严格按技术要求加工，保证主轴的组织状态和力学性能满足使用要求。
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