吊钩是江阴凯澄电动葫芦重要的取物装置,国内起重机吊钩(75t以下)使用多的是锻钩。根据吊钩结构和受力状况,一般认为存在如图1所示的三个Ⅰ-ⅠⅡ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ危险截面。文献认为Ⅱ-Ⅱ截面是吊钩易发生疲劳变形或断裂的危险截面。但从检验角度上看,Ⅲ-Ⅲ断面处于横截面突然变小的钩颈退刀槽处,它是钩尾轴部分承受拉应力大、强度弱的截面。

某单位运输公司使用仅1年多的起重机吊钩,在起吊重物的过程中,吊钩突然发生断裂。断裂部位正是吊钩活动联接的螺纹尾部退刀槽轴颈处,此环外径58mm,轴颈37. 5mm,吊钩设计材料为DG20钢,经锻造加工而制成,吊钩额定起吊重量为5t。

2、断口宏、微观分析

该断裂面与轴线垂直,断口平整光亮,具有典型的脆断特征,如图2所示,断裂面紧邻凹槽处。

采用日本产的JSM-6300型扫描电子显微镜对断口微观特征进行分析(以下电镜照片左下角为外壁方向,右上角为径向,即裂纹扩展方向)。如图3所示,整个断面较为平整,但在断裂边缘处有一近似45b的斜断面,宽约1mm,从图中可看到新旧断口全貌,中部旧裂纹是在使用过程中由于低周疲劳所形成的,右边新断口是瞬断而形成的。

观察原始断口,发现存在疲劳裂纹,裂纹启裂部位有一连续的与外圆平行的二次裂纹,见图4。

从吊钩受载特点看,为间歇性的大载荷,具有低周疲劳损伤特征。在低周疲劳的作用下,裂纹在边缘启裂后,裂纹以脆性扩展方式不断向内部扩展。在裂纹扩展初期,除产生周向二次裂纹外,还出现了径向二次裂纹,说明载荷比较大。

图5为疲劳条纹形态,其条纹主要为韧性条带,此时条带相对较窄而当裂纹进一步扩展时裂纹条带逐渐变宽,从图中还可以看到疲劳裂纹条带较为粗大,二次裂纹非常多,即破坏已相当严重。此时已预示着吊钩的寿命快到尽头了。

断裂特征为典型的脆性断裂,见图6。裂纹扩展到后,出现穿晶型的快速撕裂,由于该轴较为粗大,心部受力状态为三向应力状态,所以断裂特征宏观上呈现出瓷状光亮的断口(如图2),微观上为放射状特征,见图6。