挤出机螺杆断裂原因分析

螺杆是在较高的负荷应力下运转，但运转速度较低，故它是在高应力和较低的交变频率作用下运行。每一次启动运行都会产生一定量的塑性应变。螺杆每一次受到硬物阻碍也会产生一定塑性变形，这种塑性变形对螺杆的损害要比启动时严重得多，再加上由于螺杆长时间受到挤压、摩擦造成的塑性应变，在反复塑性应变作用下，螺杆内部损伤积累到一定程度便形成裂纹，当裂纹扩展到临界尺寸，螺杆剩余断面不足以承受螺杆运转负荷时，裂纹失稳扩展导致突然脆性断裂。

挤出机螺杆断裂的原因分析：

2.1螺杆宏观断口原因分析

从宏观断口形貌分析，螺杆断裂属低周疲劳***。断面上可明显看到有三个区域：疲劳裂纹源；疲劳裂纹扩展区；瞬时断裂区。疲劳裂纹源可发生在应力集中的螺杆齿根、表面龟裂处以及内部夹杂物处。螺杆疲劳裂纹源很小，是疲劳裂纹的核心区。从照片可清楚看到，螺杆疲劳裂纹在螺杆根部应力集中处，缺陷螺杆根部周长度为12mm，轴向的宽度达3mm，深度大于2mm，总面超过20mm2，但不到断口面积的10%。渗氮硬化层龟裂。疲劳裂纹在该区缓慢扩展，***初断口表面由于受到反复交变应力的作用，被摩擦得较为平滑、光亮，然后出现贝壳纹花样。贝壳纹大体上垂直于裂纹的扩展方向，向整个空心圆周推进。壳纹（疲劳弧线）之间的间距大小不等。在大小不等的交变应力的反复作用下，裂纹扩展过程不连续变化所留下的宏观痕迹，是由挤出机的开车、停车、硬物阻碍螺杆等载荷改变所造成的。通常疲劳裂纹扩展区面积占断口面积的98%，符合疲劳裂纹的基本特征。当圆周两边壳纹（疲劳弧线）接近相切，裂纹扩展到净断面的应力达到螺杆的断裂应力时，螺杆被切断。断面有明显的台阶，这部分的面积约占整个断口面积的1%。

2.2螺杆微观断口原因分析

对螺杆断口的疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区进行扫描电子显微镜形貌分析。

2.2.1疲劳裂纹扩展区断口微观形貌分析

疲劳裂纹扩展区的整个断面是疲劳裂纹扩展的结果。通常可清楚地看到疲劳条纹呈方向性连续或断续分布，带台阶的疲劳条纹平行于裂纹前缘而延伸，疲劳条纹垂直于裂纹的扩展方向。这些都是***过程中裂纹扩展的微观痕迹。

一个疲劳条纹对应着一个应力循环。螺杆断口的疲劳裂纹扩展区的疲劳条纹基本都是脆性条纹，条纹之间的间隔相当于一个应力循环扩展的长度。由断口表面向内部扩展的细小裂纹，称为二次裂纹，二次裂纹由一次裂纹发展成的孔洞缺陷。

2.2.2瞬间断裂区断口微观开貌分析

瞬间断裂区为脆性解理断口，断面上可见解理台阶、河流花样、解理舌头和二次裂纹，找不到韧窝。