電梯對重架斷裂失效分析

章芳芳 方湘瑜 黃六一

摘要：某部電梯在服役6個月后，對重架發生斷裂失效。通過斷口宏觀形貌、化學成分、力學性能、顯微組織、斷口掃描及能譜等研究了對重架斷裂失效的原因。結果表明：該對重架槽鋼化學成分、抗拉強度不符合要求，存在魏氏組織，導致槽鋼的韌性和沖擊性能下降;中心疏松的存在破壞了鋼的結構完整性，容易在開孔處形成局部應力集中。

關鍵詞：對重架;中心疏松;魏氏組織

2018年12月，一部電梯在服役6個月后，對重架槽鋼發生斷裂。該槽鋼的材質為Q235B，規格型號為16a，尺寸為160（腰高）×63（腿寬）×6.5（腰厚）mm，制造標準為GB/T700–2006《碳素結構鋼》。

一、檢驗檢測

（一）斷口宏觀分析

圖1為斷口宏觀形貌，斷口上有明顯放射性條紋及人字紋區域，且表面呈光亮色，與斷口其他區域呈暗灰色有顯著區別。根據斷口學研究，放射性條紋匯聚點及人字紋反方向為斷裂起始點[1]，即開裂起始于A處附近區域，且為脆性斷裂。放射狀條紋區斷面目視無明顯塑性變形，此區域之外均有較明顯的塑性變形。

（二）化學成分

用ARL4460直讀光譜儀及CS2800紅外碳硫儀進行化學成分分析，結果見表1，其中C含量超出GB/T 700–2006和GB/T 222–2006《鋼的成品化學成分允許偏差》規定的要求。

（三）力學性能試驗

在槽鋼腰部目視未發生明顯塑性變形區域制取試樣進行拉伸、沖擊和彎曲試驗。從表2可以看出，材料的上屈服強度ReH、斷后伸長率A、沖擊功均滿足GB/T 700–2006的要求，但抗拉強度Rm值大于標準規定。通常情況下，C含量越高，鋼的強度越高，這與化學成分分析結果一致。試樣經180°彎曲后，外表面無目視可見的裂紋和裂口，符合標準GB/T 700–2006的要求。

（四）金相分析

在遠離斷口及斷口附近分別取樣進行金相檢驗。兩處顯微組織均為鐵素體+珠光體+魏氏體。根據GB/T 13299–91《鋼的顯微組織評定方法》，評定魏氏體級別均為2級，見圖2。魏氏體產生的原因一般認為一是加熱溫度過高，產生過熱，導致奧氏體晶粒粗大;二是冷卻速度過快，在冷卻過程中，先共析的鐵素體從奧氏體晶界上沿一定的晶面向晶內生長，以針片狀形態析出[2]。魏氏體的存在會使鋼的塑性和沖擊韌性顯著降低，對低溫沖擊更敏感，會明顯降低低溫沖擊值。

（五）低倍組織檢驗

用50%鹽酸溶液熱浸蝕槽鋼橫截面進行低倍檢驗，發現橫截面轉角處存在孔洞，呈圓形或橢圓形，并連接呈線狀，為中心疏松缺陷，見圖3。在鑄坯軋制時，一般輕微的疏松在軋制力和高溫共同作用下會焊合，對成品性能并無影響。但該槽鋼的中心疏松并未被焊合，保留在槽鋼成品中。嚴重的疏松缺陷常會造成結構應力集中，形成開裂。

（六）掃描電鏡分析

A處斷口形貌見圖4，區域內有河流狀及扇形花樣特征，為典型的脆性斷口特征，并存在較多孔洞，位置與中心疏松對應，說明裂紋起源于中心疏松。

二、結果分析

綜上所述，該對重架槽鋼的C含量高于標準要求，使材料強度增加，脆性增加，韌性下降。魏氏體的存在通常會使材料的塑性和沖擊韌度顯著下降。低倍組織檢驗發現存在較嚴重的中心疏松缺陷，破壞材料性能的連續性，造成應力集中。掃描電鏡分析表明，裂紋起源于中心疏松，為脆性斷裂。通常在槽鋼的使用過程中對其強度性能更加關注。該槽鋼的力學性能基本滿足標準或結構設計要求，但由于C元素含量過高、魏氏組織、中心疏松及孔洞缺陷等因素，導致材料脆性較高，塑性韌性較差。

當電梯正常運行時，槽鋼可以承受常規載荷，但當其受到瞬時沖擊或過載等情況時，會在槽鋼內部的疏松缺陷造成局部應力集中，導致槽鋼的脆性開裂，并在電梯運行產生的應力下擴展，最終造成整體結構失穩斷裂。

三、結論

C含量超高、魏氏組織的出現，使槽鋼脆性增加、韌性下降。在中心疏松處發生應力集中，導致槽鋼發生脆性開裂，最終在電梯運行過程中斷裂。

參考文獻

鐘群鵬，趙子華.斷口學[M].北京：高等教育出版社，2006.

潘健生，胡明娟.熱處理工藝學北京：高等教育出版社，2009.