A A A

Pęknięty wał

Przedmiot oceny
Profilarka. Wał dolny, mat. 53MnSi4. Wał dolny uległ pękaniu w procesie eksploatacji, fot.1. Zjawisko to jest powtarzalne. Ocenę przeprowadzono pod kątem prawidłowej naprawy maszyny i dorobienia zniszczonego detalu.


Ocena makroskopowa
  • To jest przełom wytrzymałościowy zmęczeniowy nisko lub średnio-cyklowy, szacunkowo < 10^6 cykli.
  • Część nadpęknięta zmęczeniowo, patrz linie przestankowe, obejmuje ok 50% przełomu. Przełom doraźny (dołom) widoczny jako biała plama, obejmuje ok 50%.przekroju. Obciążenie w miejscu pęknięcia miało więc duża wartość w stosunku do wytrzymałości materiału. Duże obciążenie przyspiesza pękanie zmęczeniowe, skraca ilość cykli.
  • Jak to wynika konstrukcji (fot.1) - dominujący typ obciążenia zmęczeniowego – to zginanie obrotowe. Może nakładać się na to moment skręcający o działaniu drugorzędnym.
  • Maksymalny moment gnący – występuje w podporze (tutaj w łożyskowym osadzeniu w ścianie korpusu), Zatem tutaj powinno wystąpić pękanie – i rzeczywiście tak było.
  • Pękanie zmęczeniowe zawsze inicjuje się na karbie. Czy tutaj występuje karb? Jest karb konstrukcyjny w postaci uskoku średnic wału Ø85/Ø70.


Dyskusja
    Czy był karb materiałowy?
  • Dotąd wymieniono czynniki obciążenia i czynniki konstrukcyjne – bez wskazania na czynnik materiałowy. Trudno jednak oskarżać materiał, że przypadkowo posiadał wadę hutniczą właśnie w tym miejscu i że ta wada hutnicza stała się karbem inicjującym pękanie zmęczeniowe.
  • Karb materiałowy można jednak wytworzyć w procesie ulepszania wału, szczególnie w procesie hartowania. Można wytworzyć pęknięcie hartownicze na uskoku średnic wału Ø85/Ø7. Pęknięcia hartownicze są bardzo ostre, przez to trudno wykrywalne nieuzbrojonym okiem. Jednocześnie ich ostrość sprzyja koncentracji naprężeń - a dalej - sprzyja pękaniu zmęczeniowemu. Na obserwowanym przełomie zmęczeniowy, nie można ani stwierdzić, że takiego nadpęknięcia pierwotnego nie było, ani odwrotnie - że było.


Wnioski
    Zalecenia we wnioskach - są tym co można "zrobić od ręki" bez wchodzenia w zasadnicze zmiany konstrukcyjne maszyny. Znając przyczyny pękania należy, w miarę możliwości, im zapobiegać.
  1. Dobór materiału. Wybór stali stopowej w stanie ulepszonym, jest właściwy (mogą być zamienniki 34HNM, 36HNM, 50HF....). Struktura ulepszona jest drobnoziarnista, o wysokiej zdolności do odkształceń plastycznych, przy wysokiej wytrzymałości i przyzwoitej twardości. Struktury ulepszone są odporne na zmęczenie i udary.
  2. Przejście Ø85/Ø70. Jeśli można konstrukcyjnie złagodzić przejście Ø85/Ø70 – to poprawi to sytuację wytrzymałościową.
  3. Kontrola. W procesie ulepszania (hartowanie+odpuszczanie) istnieje zagrożenie wytworzenia pęknięcia hartowniczego – które jeśli powstanie – to właśnie na ostrym uskoku przekrojów wału. O tym trzeba pamiętać i kontrolować właśnie to miejsce. Trzeba mieć całkowitą pewność, że w tym podcięciu nie ma pęknięcia, zanim zamontujemy wał w maszynie. Przykładowo, można przywołać firmę badań nieniszczących i upewnić się jakąś metodą (MT, PT, UT)* .
  4. Proces ulepszania cieplnego można dostosować przez złagodzenia warunków hartowania
    • Np. w stanie po toczeniu przed hartowaniem, wykonać łagodne stożkowe przejście Ø85/Ø70. Natomiast dokładną „rzeźbę” na gotowo tego uskoku należy wykonać po ulepszaniu wału.
    • Łagodzić warunki hartowania – np. przez stosowanie hartowania w gorącym oleju.