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钢丝绳失效原因分析——钢丝绳疲劳钢丝绳在使用过程中主要承受弯曲疲劳和拉伸、扭曲、振动引起的疲劳。
钢丝绳疲劳破坏的过程是在循环载荷作用下，绳中钢丝的局部最高应力处，最弱的及应力最大的钢丝内部晶粒上形成微裂纹，然后裂纹慢慢发展，最终导致疲劳断丝。
所以，疲劳破坏经历了裂纹形成、扩展和突然断裂三个阶段。
l)弯曲疲劳。
钢丝绳重复通过滑轮或卷筒中挠上挠下，无数次的弯曲，容易使钢丝产生疲劳，韧性下降，而内部钢丝之间互相挤压出现细微变形也会产生弯曲应力，导致断丝。
钢丝绳弯曲疲劳对破断拉力有一定的影响，当出现第一根疲劳断丝时，点接触钢丝绳破断拉力下降4%一8%，线接触钢丝绳下降约12%。
通常情况下，疲劳断丝的出现意味着钢丝绳已经接近使用后期。
拉伸、扭曲、振动引起的疲劳。
钢丝绳在起动和制动的始末，捆扎钢丝绳在承受载荷的前后，变化的拉伸应力会引起金属疲劳。
此外，钢丝绳经常受到扭曲和振动也是产生疲劳的原因。
疲劳损伤的原理是在变应力的作用下，细钢丝表面首先由于各种滑移形成初始裂纹，然后裂纹尖端在切应力的作用下反复塑性变形，使裂纹扩展直至断裂，疲劳引起的断丝一般断口平齐，多半出现在表层钢丝上。
他们很有规律。
防止钢丝绳疲劳损伤措施为防止钢丝绳疲劳损伤，可从以下几方面着手:1)在条件许可的情况下，应尽可能使卷筒和滑轮的直径加大。
直径的增大，增大了弯曲角度，减少了钢丝绳中钢丝的弯曲应力，可显著提高钢丝绳的疲劳寿命。
2)在更换新绳时，应遵守“上出上进，下出下进”的原则，尽量避免使钢丝绳反向弯曲。
试验数据表明，反向弯曲的破坏约为同向弯曲的2倍。
3)尽可能选择丝径较粗的线、面接触钢丝绳。
使用这些钢丝绳能成倍地提高使用寿命。
注：应力：物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。
塑性：力学专业术语，英文专业名：Plasticity. Ductility,Briquettability.是指在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
分析港口起重机钢丝绳断裂事故分析及预防措施近年来，港口起重机钢丝绳断裂事故频发，给港口生产和工作人员的生命财产安全带来了严重影响。
由于港口起重机钢丝绳作为起重机的重要部件，一旦出现断裂事故，不仅会导致设备损坏，还会对周围环境和人员造成重大威胁。
对港口起重机钢丝绳断裂事故进行深入分析，并提出相应的预防措施，对于保障港口起重机安全运行具有重要意义。
港口起重机钢丝绳断裂事故的发生往往受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 自然环境因素影响自然环境因素包括风力、温度、湿度等，这些因素都会对钢丝绳的使用寿命和性能造成影响。
在恶劣的天气条件下，温度过高或者过低，湿度过大，都会加速钢丝绳的老化和腐蚀，从而导致钢丝绳的断裂。
2. 设备质量问题港口起重机钢丝绳断裂事故的另一个重要原因是设备本身的质量问题。
一些生产厂家为了追求利润，可能会采用劣质的材料或者工艺，导致钢丝绳的质量不合格，容易出现断裂现象。
3. 操作不当操作不当也是引发港口起重机钢丝绳断裂的重要原因之一。
过载操作、急剧加速减速、起吊物品重心不稳等，都会对钢丝绳造成额外的压力，导致断裂。
4. 维护保养不及时如果港口起重机的钢丝绳没有得到及时的维护保养，比如未及时检查、润滑不当等，就容易出现磨损和腐蚀，从而导致断裂事故的发生。
二、预防措施鉴于上述分析，针对港口起重机钢丝绳断裂事故的发生原因，可以从以下几个方面提出相应的预防措施：1. 强化日常检查港口起重机钢丝绳断裂事故的发生往往与设备质量问题、维护保养不当等有关，对港口起重机进行日常检查尤为重要。
定期检查钢丝绳的使用情况，发现问题及时更换或修复，并确保设备的质量合格。
2. 规范操作流程规范操作流程可以有效减少港口起重机钢丝绳断裂事故的发生。
加强操作人员的培训，提高其对设备操作的专业技能，遵守操作规程，正确使用设备，合理分配起吊物品的重心，都可以有效降低断裂事故的发生率。
3. 加强维护保养保养维护工作的质量直接关系到起重机的安全运行。
钢丝绳失效原因分析
——钢丝绳过载
钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长，当载荷超过弹性极限时，钢丝绳就可能断裂。
通常把钢丝绳承受的静载荷控制在破断载荷的1/10一1/5，叫作安全负荷。
但钢丝绳实际上往往处于运动状态，钢丝绳在工作时除了要承受货物、吊物、自重等静载荷外，还要受到因加速度和冲击引起的动载荷，因弯曲引起的附加载荷，因摩擦引起的阻力载荷等等。
由此可见，当除了静载荷以外的其他载荷增多时，实际的安全系数就降低了，钢丝绳往往由此而引起过载。
因过载而破断的钢丝绳，其断口呈松散状，过载的钢丝绳即使不发生断裂事故，也会大大地缩短使用寿命。
安全系数降低将导致钢丝绳使用寿命急剧下降。
防止钢丝绳过载措施
为防止钢丝绳过载，可以从以下几方面着手:
1)正确选用安全系数，力求减少静载荷以外的其他载荷对钢丝绳的影响。
如弯曲载荷可以通过加大滑轮和卷筒直径来减小，动载荷可以通过提高起重机司机的操作水平、改进起重机性能来减少，摩擦阻力可以通过调整滑轮槽的形状及补充润滑油来减少等等。
2)严格遵守安全操作规程，杜绝人为的超负荷现象。
3)在起重机上安装负荷指示器、或超负荷限制器、或报警器，消除过载现象。
正常设计维护的起重机其钢丝绳应有合理使用寿命，但钢丝绳可能由于过度磨损和腐蚀而过早损坏。
对钢丝绳的适当润滑可以解决该问题。
钢丝绳也可能由于机械性或结构损坏而过早报废，此时只有改进起重机和钢丝绳结构及使用才能凑效。
文章首先阐述钢丝绳弯曲疲劳的机理，然后分析多层缠绕的螺旋卷筒如何使钢丝绳自相碾压和磨损，说明钢丝绳直径公差的影响，提出对改进的设想，最后集中到从钢丝绳本身寻找解决方案。
作者认为钢丝绳在缠绕过程中钢丝绳之间互相磨碾产生刻痕，导致钢丝绳过早损坏。
钢丝绳外面的绳股越紧密，相互间产生刻痕越少。
因此必须把现有6边或8 边形断面的钢丝绳做成圆形断面才能解决问题。
经锻造成圆断面的钢丝绳在弯曲机和多层试验台试验显示，寿命可提高2倍。
使用千斤顶时一定要事先阅读使用说明，而且要注意以下问题：1、使用前必须检查各部是否正常。
2、使用时应严格遵守主要参数中的规定，切忌超高超载，否则当起重高度或起重吨位超过规定时，油缸顶部会发生严重漏油。
3、如手动泵体的油量不足时，需先向泵中加入应为经充分过滤后的N32#液压油才能工作。
4、电动泵请参照电动泵使用说明书。
5、重物重心要选择适中，合理选择电动千斤顶的着力点，底面要垫平，同时要考虑到地面软硬条件，是否要衬垫坚韧的木材，放置是否平稳，以免负重下陷或倾斜。
6、电动千斤顶将重物顶升后，应及时用支撑物将重物支撑牢固，禁止将电动千斤顶作为支撑物使用。
如需长时间支撑重物请选用YZL自锁式千斤顶7、除应正确安放超高压千斤顶外，应使用多顶分流阀，且每台电动千斤顶的负荷应均衡，注意保持起升速度同步。
还必须考虑因重量不匀地面可能下陷的情况，防止被举重物产生倾斜而发生危险。
8、使用时先将手动泵的快速接头与顶对接，然后选好位置，将油泵上的放油螺钉旋紧，即可工作。
欲使活塞杆下降，将手动油泵手轮按逆时针方向微微旋松，油缸卸荷，活塞杆即逐渐下降。
否则下降速度过快将产生危险。
9、本LH液压千斤顶油压回缩，起重完后，即可快速取出，但不可用连接的软管来拉动LH液压千斤顶.10、用户使用时千万不要超过额定行程,以免损坏电动千斤顶。
钢丝绳断裂故障原因及静拉力计算
1 故障分析
钢丝绳在运行过程中，每根钢丝绳的受力情况非常复杂，因各钢丝在绳中的位置不同，有的在外层，有的在内层。
即使受最简单的拉伸力，每根钢丝绳之间受力分布也不同，此外钢丝绳绕过卷简、滑轮时产生弯曲应力、钢丝与钢丝之间的挤压力等，因此精确计算其受力比较困难，一般采用静力计算法。
钢丝绳中的最大静拉力应满足下式要求：
Pmax≤Pd/n
式中：Pmax——钢丝绳作业时可以承受的最大静应力；
Pd——钢丝绳的破断应力；
n——安全系数。
Pmax=(Q+q)/(aη)
式中：Q——起重机的额定起重量；
q——吊钩组重量；
a——滑轮组承载的绳分支总数；
η——滑轮组的总效率。
钢丝绳最大允许工作拉力的计算式为：
P=Pd/n
式中：P——钢丝绳作业时额定的最大静应力
P≥Pmax是安全的。
由此可知，钢丝绳破断的主要原因是超载，同时还与在滑轮、卷筒的穿绕次数有关，每穿绕一次钢丝绳就产生由直变曲再由曲变直的过程，穿绕次数越多就易损坏、破断；其次钢丝绳的破断与绕过滑轮、卷筒的直径、工作环境、工作类型、保养情况有关。
2 预防措施
2．1 起重机在作业运行过程中起重量不要超过额定起重量。
2．2 起重机的钢丝绳要根据工作类型及环境选择适合的钢丝绳。
2．3 对钢丝绳要进行定期的润滑（根据工作环境确定润滑周期）。
2．4 起重机在作业时不要使钢丝绳受到突然冲击力。
2．5 在高温及有腐蚀介质的环境里的钢丝绳须有隔离装置。
起重机钢丝绳失效分析与检测钢丝绳在起重机系统中应用广泛，其超强的承载和环绕能力为起重机提升系统的运作提供了条件，几乎所有的起重机都需要钢丝绳来承重，因此，钢丝绳在起重机运行中起着关键性的作用。
然而钢丝绳的损耗与失效是客观存在的，起重机运行中钢丝绳一旦失效，后果将不堪设想，为了预防钢丝绳直接失效带来的工业损失，有关钢丝绳的失效分析和检测技术的研究值得我们深入探讨。
标签：起重机；钢丝绳；失效；检测技术钢丝绳提升系统是起重机械系统中不可或缺且关系到工业生产效率、安全性能和可靠性能的一种重要传动方式。
自我国加入WTO以来以及全球经济一体化发展的需求，起重机提升系统也逐渐向高效化、大型化方向发展。
与此同时，现有钢丝绳的结构性能和设计方式出现的缺陷阻碍了其发展。
美国权威机构对全球8000多家钢丝绳实验室和使用现场的采样分析，大约10%的在用钢丝绳强度损耗超过15%，处于危险状态；有2%的在用钢丝绳强度损耗超过30%，处于极度危险状态。
美国还对800多个钢丝绳使用现场采取多种信息资料进行统计分析，结果表明钢丝绳断绳的突发事故为12%，隐患事故为10%。
而另外一种情况是，却有70%被更换的钢丝绳仅只出现很小甚至根本没有出现损耗。
由此可见，起重机钢丝绳的失效机理研究和钢丝绳的检测尤为重要。
一、起重机钢丝绳钢丝绳因其自重轻、强度大、承载能力强、工作安全可靠等性能被广泛应用于煤矿、冶金、石油、交通运输、港口运输等国民经济命脉的各个领域中。
在役钢丝绳因受工况影响，会导致其强度降低，甚至产生断裂，究其原因是受到各种物理和化学损伤。
在实际使用中，钢丝绳除承受简单的拉伸、扭转和弯曲应力外，还同时受到多种复杂的应力，如钢丝绳内部的挤压应力和相互摩擦力，随载荷重量不同而承受的冲击负荷以及交变负荷作用，这些不同的应力组合都会对钢丝绳的使用寿命和疲劳强度产生影响。
二、钢丝绳失效原因分析钢丝绳由于其自身重量轻、承载能力强，而且利于环绕，使用起来比较可靠，在起重机中发挥着重要作用，被广泛应用于冶金、开矿、运输等工程项目中。
钢丝绳损伤和防治就起重机上使用的钢丝绳而言，规格品种繁多、使用千差万别，但一般跟着使用时间的持续，都会泛起损伤现象。
笔者通过多年工作实践的总结，归纳起主要损伤现象有以下六种，即：磨损、疲惫、锈蚀、变形、咬绳、过载。
1 磨损钢丝绳在操纵时与其它物体接触并有相对运动，产生摩擦。
在机械的、物理的和化学的作用下，钢丝绳的表面也不断磨损。
磨损是钢丝绳最常见的损伤方式，一般分为外部磨损、变形磨损和内部磨损三种情况。
图1所示为单丝磨损的几种断面外形。
1．1 外部磨损钢丝绳在使用过程中其外周与滑轮槽、卷筒壁、钩头等物体表面接触而引起的磨损属于外部磨损。
在外部磨损后绳径将变细，外周表面的细钢丝被磨平。
图2是钢丝绳表面磨损的两种类型。
钢丝绳的外部磨损使承受载荷的钢丝截面积减小，钢丝绳的破断载荷也相应降低。
图3是通过试验得到的钢丝绳直径减小率与破断载荷降低率的关系曲线。
由曲线可以看出，单周磨损较全周磨损更恶劣，所以应尽可能使单周磨损的钢丝改为全周平均磨损。
在钢丝绳的全长范围内，应尽可能地做到平均磨损。
如起重机钢丝绳在使用中期换头，一般可延长钢丝绳使用寿命 30%～40%。
1．2 变形磨损因为振动、碰撞造成的钢丝绳表面撞损，叫做变形磨损，这是一种局部磨损现象。
如卷筒表面的钢丝绳受到其它物体的撞击，起重机起升钢丝绳相互打缠，或者因为滑轮与卷筒中央偏斜而产生的咬绳现象，都会使钢丝绳产生变形磨损。
如把磨损后的表面细钢丝剖开，变形磨损和外部磨损的区别如图1所示。
这种变形磨损因局部挤压而变形，其钢丝横断面在挤压处向两旁舒展成翅形。
从外表看，钢丝宽度扩展，虽钢丝绳截面积减小未几，但局部挤压处的钢丝表面材质硬化了，极易断丝。
1．3 内部磨损在使用过程中，钢丝绳经由卷筒或滑轮时所承受的全部负荷压在钢丝绳的一侧，各根细钢丝的曲率半径不可能完全相同。
同时，因为钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各根细钢丝就会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之间接触应力增大，使相邻股间的钢丝产生局部压痕深凹。
起重机钢丝绳失效分析与检测技术一个动力系统的传输和运行少不了钢丝绳的中介联系，特别是一些货物运输以及机器托运方面，钢丝绳凭借着自身重量轻、承受拉力大的特点，在这些方面的工作正常运行具有着不可忽视的作用。
由于测定钢丝绳工作过程中的状态比较繁琐和复杂，所以通过一些理论探究，可以有效的研究钢丝绳的受力和相关问题的解决办法，对其中其的钢丝绳失效进行分析，并创新研究相关的检测技术。
标签：钢丝绳；失效分析；检测技术一、钢丝绳系统研究的背景与现状1.1发展背景起重机拉升重物少不了钢丝绳的拖拽，钢丝绳能否正常工作，对于整个起重系统都有着至关重要的作用。
自我国改革开放以来，经济水平迅速发展，相应的，我国的一些工业化建筑化需求同样不断增加，这就对我国其中其机械行业领域有着更高的标准和要求，如果因为这些硬件设施和装备出现问题而导致整体的发展受到阻碍，那么结果是得不偿失的。
根据相关的研究表明，大约有80%左右更换的钢丝绳，甚至没有出现一定程度的损耗，所以，通过对钢丝绳的失效进行分析和研究，确定准确的检测技术，进而保证我国的建设稳步推进以及避免资源的浪费。
1.2研究现状因为起重机钢丝绳在我国应用比较广泛，而且应用量较大，同样就会在生产活动当中出现各种各样的问题和情况，比如建造钢丝绳的时候质量不过关，或者是受到各种自然物理现象和一些化学药剂的影响，致使钢丝绳的使用寿命逐渐减少。
另外，还有可能就是钢丝所受到挤压力或者拉伸力，甚至是内部的摩擦力，最终造成钢丝绳超负荷工作，从而对相关的工程造成延缓和影响。
以上数数大致就是期中其钢丝绳失效的原因，对于同样一根钢丝绳来说，不同方向和程度的作用也会产生不同的拉力，这相对于之前的静态研究钢丝绳拉力有了很重大的进步，通过实验去探究和发现钢丝绳拉力所存在的规律。
因为相关研究的难度较大，而且过程比较复杂，如果真正能够研究出一些钢丝绳拉伸重物或者运输货物过成当中断裂点发生的规律，那么就可以有效的减少正常的工程活动中的影响，我而进一步加快我国的工业化，城市化的建设。
金属芯钢丝绳断丝原因分析与预防吊运熔化或炽热金属的起重机为避免高温对钢丝绳绳芯的损伤，应采用金属绳芯或金属股芯等有耐高温性能的重要用途钢丝绳。
金属芯钢丝绳具有破断拉力大、抗挤压和耐高温特点，可在使用中却发现金属芯钢丝绳断丝频率很高，本文就高温环境下使用的金属芯钢丝绳断丝原因进行分析，并对相应的预防措施作了介绍。
标签：金属芯钢丝绳；断丝；弯曲疲劳；高温；磨损钢丝绳具有自重轻、强度高、弹性好、工作平稳、承受动载和过载能力强、卷绕噪声小、适合高速运行等特点，是起重机械的重要零件之一，在桥（门）式起重机中，钢丝绳主要用于起升机构，承受起吊重物时的各种冲击以及卷筒缠绕和滑轮弯曲，同时起重机上的钢丝绳所处工作环境和条件相对较为恶劣，因此钢丝绳出现各类损伤就不可避免了，损伤导致强度降低，严重时甚至会发生突然断裂事故。
钢丝绳产生损伤的主要模式有断丝、磨损、锈蚀和扭结等，断丝是最常见，也是出现频率最高的一种损伤模式。
钢丝绳是由一定数量的钢丝和绳芯经过捻制而成。
首先将钢丝捻成股，然后将若干股为围绕着绳芯制成绳。
钢丝是钢丝绳的基本强度单位，绳芯是被绳股所缠绕的挠性芯棒，起着支撑和固定绳股的作用，并可以储存润滑油，增加钢丝绳的挠性。
按绳芯分类，钢丝绳分为金属芯钢丝绳和纤维芯钢丝绳。
纤维芯钢丝绳柔软，弯曲性能好，钢丝绳在工作中受碰撞和冲击载荷时，纤维芯能起到缓冲作用；天然纤维芯储油多，钢丝绳在工作时，内部有足够的润滑，并能减缓钢丝的腐蚀，现普遍使用在一般工作环境的起重机上。
在高温环境工作的起重机为避免高温对钢丝绳绳芯的损伤应使用耐高温的钢丝绳，GB/T3811-2008《起重机设计规范》规定：吊运熔化或炽热金属的钢丝绳应采用金属绳芯或金属股芯等有耐高温性能的重要用途钢丝绳。
金属芯钢丝绳具有耐高温、破断拉力大、弹性模量大、抗挤压、绳径稳定的特点，在实际使用中，金属芯钢丝绳比纤维芯钢丝绳出现断丝的频率更高。
下面，对金属芯钢丝绳断丝频率高的原因进行分析，并提出一些相应的预防措施。
第３５卷 Ｖｏｌ＿３５ 第３期 Ｎｏ．３ 金属制品
Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ２００９年６月
Ｊｕｎｅ ２００９
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—４２２６．２００９．０３．０１８ 钢丝绳钢芯早期断裂失效分析 尹涛。， 尹万全 （１．辽宁省分析科学技术研究院，辽宁沈阳１１００１６；２．中国科学院金属研究所，辽宁沈阳１１００１６）
摘要用户在使用搁置３ａ的钢芯钢丝绳时，由于钢芯首先断裂，导致用后不久发生断股事故。经检验，钢芯的 断裂为疲劳断裂，疲劳断裂的原因是由于钢丝绳生产工艺控制不严以及服役过程中受到弯曲振动载荷，使芯丝表 面磨损和硬化，并在磨损面上出现纵横向裂纹和蚀坑，成为疲劳源，裂纹扩展导致芯丝过载断裂，直至钢芯断裂，从 而导致绳股破断。钢丝绳因其钢芯过早断裂而报废，与钢丝绳芯丝抗拉强度波动、表面缺陷以及钢芯疲劳寿命与 其钢丝绳疲劳寿命匹配较差有关。 关键词钢芯；疲劳断裂；蚀坑；纵横向裂纹；失效分析 中图分类号ＴＧ３５６．４
Ｅａｒｌｙ ｂｒｅａｋ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｅ ｆｏｒ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ＹＩＮ Ｔａｏ ，ＹＩＮ Ｗａｎ—ｑｕａｎ （１．Ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００１６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｈｉｎｅｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｅｃａｕｓｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ，ｓｏｍｅ ｓｔｒａｎｄｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｅ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｌａｉｄ ｕｐ ３ ｙｅａｒｓ ｂｒｅａｋｅｄ ａｆｔｅｒ ａ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｌｏａｄ．Ｔｈｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｒｅａｋ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｅ ｗａｓ ｆａｔｉｇｕｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｎｏｔ ｓｔｒｉｃｔｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ｆｌｅｘｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｌｏａｄ ｉｓ ｓｕｆｆｅｒｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｉｓ ｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｃｏｒｅ ｗｉｒｅ ｉｓ ｗｏｒｎ ａｎｄ ｈａｒｄｅｎｅｄ，ｓｏｍｅ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｄ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｅｔｃｈｉｎｇ ｐｉｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｓｕｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｂｅｃｏｍｅ ｃｒａｃｋｓ ｏｒｉｇｉｎ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｃａｕｓｅｓ ｃｏｒｅ ｗｉｒｅ ｂｒｅａｋ ａｆｔｅｒ ｏｖｅｒｌｏａｄｅｄ，ａｎｄ ｆｉ— ｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｅ ｂｒｅａｋｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｕｓｅｓ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ａｎｄ ｓｔｒａｎｄ ｂｒｅａｋ．Ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｃｏｒｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｅａｒｌｙ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｉｓ ｄｉｓｃａｒｄｅｄ ｈａｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｉｔｓ ｃｏｒｅ ｗｉｒｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｅｓ，ｉｔｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｏｒ ｍａｔｃｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｔｅｅｒ ｃｏｒｅ；ｆａｔｉｇｕｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｅｔｃｈｉｎｇ ｐｉｔ；ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｄ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｒａｃｋ；ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
１问题的提出 ’ 某钢丝绳用户在使用放置３ ａ的钢芯钢丝绳 时，发生早期断股事故。根据用户与生产厂家反映， 使用时钢芯首先发生断裂，随后引起绳股破断。因 此，生产厂家委托中国科学院金属研究所协助分析 钢芯失效原因及其与钢丝绳破断的关系。
２检验结果 ２．１芯丝成分及力学性能 芯丝用７２Ａ优质碳素钢盘条制成，芯丝的化学 成分在标准要求范围内。生产厂家对失效芯丝（４９ 根）检测结果表明：芯丝抗拉强度平均值为１ ８４６．７ ＭＰａ，高于标准要求，但其中有部分芯丝的抗拉强度 不合格；芯丝的扭转值平均为４５次，也高于标准要 求，但其中也有部分芯丝扭转值不合格，其主要指标 见表１。 表１ 芯丝的抗拉强度和扭转值 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｒｓｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｃｏｒｅ ｗｉｒｅ ２．２钢芯断丝的表面特征 芯丝表面具有金属光泽特征，局部存在蚀坑以 及纵、横向微裂纹等缺陷，且大部分断口附近无缩 颈，如图１所示。 ６４· 金 属 制 品 第３５卷 ａ）疲劳断口宏观全貌（多条横裂纹） ｂ）解理小平面与二次裂纹（扩展区） 图４芯丝疲劳断口的宏观和微观形貌（６ 样） Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｍａｃｒｏ，ｍｉｃｒｏ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｃｏｒｅ ｗｉｒｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ（６ ｓａｍｐｌｅ）
ａ）宏观疲劳断１：３全貌（双疲劳源，１ 样） ｂ）宏观疲劳断Ｅｌ全貌（单疲劳源，５ 样） ｃ）宏观疲劳断Ｅｌ全貌（无缩颈，４ 样） 图５芯丝疲劳断口的宏观形貌 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｍａｃｒｏ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｃｏｒｅ ｗｉｒｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ
征是平面状断口，分为３个区域，即裂纹萌生源区、 疲劳裂纹扩展区、瞬时断裂区。靠近裂纹源的表面 有蚀坑，裂纹在此处萌生，并向前扩展，由于裂纹反 复开合，互相研磨，故其断口组织细腻光滑。由于裂 纹扩展受阻碍而暂时停歇，或在使用过程中应力变 化，首先在断口上出现了第１道贝纹状的推进线，在 其下的狭小区域应属于疲劳裂纹扩展区，但习惯上 称它为疲劳源区，裂纹以它作为中心向前扩展，并呈 现第２道贝纹状的粗而明显的推进线，从两道推进 线上向四周辐射线痕，常常延伸较远，类似河流波 纹，其微观形貌与其两侧解理小平面相似，两道推进 线前的扇形区域应属于疲劳裂纹扩展前期；当疲劳 裂纹扩展越过第３道推进线后出现非连续的辐射线 痕，断口面逐渐变粗，即疲劳裂纹扩展区后期，其微 观形貌为解理小平面和不规则二次小裂纹。到了最 后过载断裂区，芯丝沿纵截面方向撕裂，但进入该区 后，在其左、右方均展现出许多不等间隔的弧形线， 具有亮和暗相间带特征，前者微观形貌似韧窝，后者 微观形貌似脆性解理和木纹状的混合断口，这种断 裂特征很有可能是所谓次疲劳断裂特征；另一种意 见，即在主疲劳裂纹扩展后期，在这两处有效截面积 减少，有效应力不断增加，裂纹扩展速度加快，上、下 断口面互相研磨频率降低，断口起伏较大，并伴有芯 丝撕裂而造成台阶状断Ｅｌ特征，称为过载（瞬时）断 裂。这种次疲劳裂纹扩展现象值得关注，它展现了 静载和疲劳两种交替破断进行方式，直至最后一次 静载瞬时破断为止。 般认为钢丝绳的钢芯在服役过程中承受正常 交变载荷，只有在个别抗拉强度低的芯丝疲劳断口 上，才会出现这类贝纹状推进线，而高强度钢等材料 在疲劳断裂时，都不出现这类疲劳断口特征的贝纹 状推进线 Ｊ，它属于低应力高周疲劳断口。 其他芯丝断口形貌表明，疲劳源全在其表面附 近缺陷处产生，然后向内扩展，直至过载断裂。所不 同的是不同的应力条件以及芯丝本身的质量使疲劳 断口的３个区域所占面积和形状不同。图５ａ的疲 劳断口面积很小，而且是双疲劳裂纹萌生源，两个疲 劳源区相邻，可以认为，此时其他钢芯单丝已发生断 裂，因而该钢芯单丝承受疲劳载荷面积相对减少，严 重超载而发生过载（瞬时）剪切断裂。 ３．２芯丝失效原因分析 （１）芯丝表面存在腐蚀坑。由于被检测钢芯的 钢丝绳在用户处放置３ ａ后才使用，在放置期间受 大气腐蚀或水浸入芯丝表面而凝结，水滴中含有腐 第３期 尹涛，等：钢丝绳钢芯早期断裂失效分析 ·６５· 蚀性物质Ｓ０ ，Ｎ０ ，ｃｌ 而生成腐蚀坑等缺陷 。 （２）芯丝内、外部存在着纵、横向裂纹。可能由 于芯丝生产工艺控制不严，导致在拉拔和合绳过程 中产生不规则的微裂纹等缺陷。 （３）钢芯丝的抗拉强度波动较大。例如钢芯中 有低强度芯丝存在，出现芯丝早期断裂现象，导致其 他芯丝相继断裂。 因此，芯丝表面缺陷均有可能萌生裂纹源，在相 同疲劳应力作用下，每个芯丝的裂纹源核心数目与 其强度和缺陷特征相关。当芯丝所承受的疲劳应力 较低，疲劳核心数目常常只有１个，如图３所示的高 周疲劳断口，由于该芯丝的抗拉强度低，其表面抗疲 劳应力也低，在相同疲劳载荷作用下，该芯丝承受疲 劳应力相对较大，故其表面腐蚀坑等缺陷处极易萌 生单一裂纹源，随后扩展，直至过载断裂。 由于最初承受疲劳应力较低，故裂纹扩展缓慢， 疲劳寿命较长，作为钢芯最早断裂的芯丝，应属于低 应力高周疲劳；对较后断裂的芯丝由于其承受疲劳 应力较高，则在芯丝表面缺陷处萌生多个裂纹源，大 部分在２个以上，如图４所示的疲劳断口芯丝，由于 该芯丝承受疲劳应力较大，并以不同位置的疲劳源 为中心，先后快速向内扩展，遇到芯丝内部不规则的 横向裂纹，则加速疲劳裂纹向前扩展，最后发生过载 断裂，这类芯丝的失效属于高应力低周疲劳。 笔者分析的钢丝绳和一般钢丝绳发生破断特征 不同，是钢芯首先破断，其原因在于芯丝表面存在较 多缺陷及抗拉强度相差悬殊，尤其是少量芯丝的抗 拉强度远远低于平均值，在相同疲劳载荷作用下，强 度低的芯丝首先断裂，此后其他芯丝依次或同时发 生疲劳断裂，导致钢芯破断。 （上接第６１页） 国外钢丝绳标准汇编．郑州：中钢集团郑州金属制品 研究院，２００１：３１４—３１６． ［７］ 洪涛，编译．ＡＮＳＩ／ＡＰＩ ９Ａ—２００４钢丝绳技术条件 ［Ｓ］／／戴宝昌．国外钢丝绳标准译文集．郑州：中钢集 团郑州金属制品研究院，２００７：３２７—３７１． ［８］刘桂森，编译．ＥＮ １２３８５—４：２００２钢丝绳一安全第四 部分：一般提升用途多股钢丝绳［ｓ］／／戴宝昌．国外钢 丝绳标准译文集．郑州：中钢集团郑州金属制品研究 院，２００７：４８７—５０７． ［９］ 衡俊华，编译．ＥＮ ｌ２３８５－＿２：２００２钢丝绳一安全第二 部分：定义、标记和分类［Ｓ］／／戴宝昌．国外钢丝绳标 ３．３ 钢芯疲劳寿命与钢丝绳疲劳寿命关系 提高芯丝的抗拉强度及表面质量，是保证钢芯 的疲劳寿命与其钢丝绳疲劳寿命同步的关键。笔者 所分析的个别失效芯丝的疲劳断口特征，其抗拉强 度值远远低于平均值，其表面抗疲劳应力也较低，在 相同疲劳载荷作用下，相对承受较高疲劳应力，易在 此芯丝表面及其缺陷处萌生裂纹源并扩展，从而发 生早期断裂，其余芯丝承受疲劳载荷面积不同程度 减少，因此承受的疲劳应力也相继加大，导致芯丝先 后断裂，以致钢芯过早破断，影响了整绳结构的完整 性和疲劳寿命，因此，应充分考虑钢芯强度和塑性， 使其使用寿命与钢丝绳使用寿命同步。
