某新型工程車推土裝置頂推頭斷裂原因分析

1輛新型工程車在工程裝備試驗基地進行推土清障作業時，其推土裝置頂推架上的頂推頭突然發生斷裂。經了解，該工程車在推土清障時遇到障礙物，駕駛人員將該工程車倒車1m多以后，再向前行駛并沖擊障礙物時，發生頂推頭斷裂故障。為此，我們在分析頂推頭結構的基礎上，對頂推頭斷裂原因進行分析，找出斷裂原因，并采取改進措施，以期提高頂推頭的可靠性和使用壽命。

1.頂推頭結構特點和工藝要求

該新型工程車推土裝置由頂推架1、左推土鏟2、右推土鏟3、變鏟缸4、起升缸5和頂推頭6等組成，如圖1所示。左、右推土鏟（2、3）上的鉸座耳板與頂推架上的頂推頭6鉸接，頂推頭6起支承推土鏟耳板鉸座的作用，主要承受拉應力和瞬間沖擊力。

頂推頭6選用材料為ZG35SiMn，其加工工藝為：鑄造→正火→調質處理→粗加工→焊接→振動時效→無損探傷→精加工→檢驗→涂裝→裝配。其中正火溫度為880℃，經180min空冷；調質處理溫度為880℃，經190min油液淬火，溫度達到550℃后，再經130min水冷，最終硬度為207～277HB。

2.頂推頭斷裂原因分析

（1）斷口形狀

頂推頭斷裂處的裂紋與頂推頭上端面成45°角，裂紋源為頂推頭上耳板左下角，如圖2a所示。頂推頭斷口平齊，斷口毗鄰部位金屬塑性變形不明顯，斷口表面從起裂區向裂紋擴展區和終斷區擴展呈放射狀裂紋，斷口邊緣未發現機加工缺陷，斷口結構粗糙呈灰色，屬于典型脆性斷裂特征，如圖2b所示。

（2）化學成分

從頂推頭斷裂處取樣進行化學成份X-Ray光譜檢測，其化學成分檢測結果如附表所示。從化學成分檢測結果看，只有含磷（P）量超標0.003%。含磷量偏高會促進晶粒長大，可產生偏析、弱化晶界、造成沿晶斷裂。

（3）金相組織

在頂推頭斷裂處切割出橫向和縱向試樣各1件，經研磨、拋光后用4%硝酸酒精侵蝕，在JXA-840掃描電鏡下觀察，其基體組織為細珠光體和針狀鐵素體，局部呈現細珠光體聚集分布，有害的魏氏體比較嚴重，有害的偏析現象比較明顯。金相組織分析結果表明，頂推頭基體金相組織不合格。頂推頭500倍金相組織結構如圖3示。

頂推頭基體組織中存在的魏氏體為脆性組織，屬于鑄造缺陷。魏氏體組織使ZG35SiMn的可塑性、特別是抗沖擊韌性大為降低。這說明該頂推頭鑄造后未按照工藝要求進行正火和調質處理（正火可消除鑄態的魏氏體組織，調質處理可以得到理想的索氏體組織）。

頂推頭基體組織中存在的偏析現象，造成基體組織硬度偏高，這說明頂推頭基體組織中存在雜質。這些雜質主要是顆粒狀或多角形脆性金屬氧化物、條狀塑性夾雜硫化物和較大球狀或顆粒狀硅酸鹽。這些雜質破壞金屬的連續性，容易產生應力集中和微裂紋，最終引發斷裂。