唐山啟新水泥有限公司∮2.6 mx13 m球磨機于1979年安裝，生產能力28—29t/h，電機功率1000 kW．多年來，沒備運轉率達85%以上。1998年9月將球磨機入料端中空軸進行更換，2000年11月設備巡檢時發現球磨機人料端軸承座產生周期擺動，立即停機檢查，發現磨機入料端中空軸軸根部位出現裂紋，裂紋最寬部位已達5 mm，沿圓周檢查裂紋長度已超過圓周長的2/3，對裂紋進行深度檢查，裂縫有穿透現象，說明已形成穿透性裂紋。這使得該磨機筒體與支撐的中空軸產生不同軸度，在交變沖擊載荷下，軸承座產生周期性擺動而失去平衡。
1、斷裂中空軸的測量、取樣分析和強度檢測
    經過測量，中空軸軸根鑄造圓角近似R30;而且圓弧部位凹凸不平，軸根厚度為90 mm。設計圖紙要求軸根鑄造圓角R80，圓弧要求平滑，軸根厚度為80 mm。
    對斷裂中空軸部位取樣進行成分化驗分析和強度檢測。
    (1)化學成分。測得其主要化學成分C，Si，Mn，S和P的質量分數(%)分別為：0.43，0.31，0.67，0.023和0.01。
    (2)機械性能。于斷口處取樣二個進行測試，其中試樣;試樣2的拉伸試驗斷頭裂紋形狀彎曲不規則，斷口表面呈暗紅色，屬于熱裂。
    (3)金相檢查。斷口處有粗晶偏析(圖2);其它部位：無粗晶異常現象，金相為等軸晶粒。
    (4)低倍組織檢查。在斷口處未發現明顯缺陷，但斷口兩側出現縮松和夾雜。
2、綜合分析
    根據現場測量和取樣檢測，造成磨機人料端中空軸軸根部位裂紋的原因主要有以下幾方面。
     富通新能源生產銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機設備。
1.1鑄造圓角不符合設計要求
    鑄造圓角過小，造成交變載荷下應力集中過載；鑄造表面凹凸不平，外表面所承受的彎曲應力較大。疲勞裂縫都是在零件表面起源，裂紋通常起源于零件的應力集中處或材料的缺陷處，如：刀痕、刮傷、圓角及臺階。球磨機中空軸承受旋轉彎曲和沖擊載荷，由于圓角過小及表面質量問題形成應力集中，則在軸根處的圓周部位產生多處疲勞源，在交變負載作用下，同時向內擴展，在已斷裂的疲勞斷口上可以見到起伏比較明顯的臺階——疲勞溝線。疲勞裂縫形成之后，由裂縫分離的兩個表面，在應力交變時，時而張開，時而閉合。當閉合時，兩表面互相擠壓和摩擦，周而復始的反復，形成裂縫表面光滑。由于疲勞斷面發展緩慢，裂縫表面接觸次數頻繁，致使斷口表面光滑。
    球磨機中空軸的斷裂，從宏觀斷口上可以看到向心分布的若干個疲勞臺階（圖5）。由于鑄造圓角太小，局部出現尖角，在軸根處形成線性疲勞源，若干個源點，隨著振幅的大小，同時擴展，在擴展中形成臺階。
2.2化學成分達不致到設計要求
    中空軸材料的設計要求和實際檢測結果見表1。由表1可知，中空軸的含碳量已超過ZG270-500的設計要求。球磨機中空軸在工作狀態承受彎曲和沖擊作用，需要有好的塑性和適當的強度，以及良好的鑄造性能。而所用材料由于冶煉中的問題使含碳量超標，造成了鋼的硬度和強度過大，塑性下降，在交變沖擊載荷下，使脆性斷裂的傾向增加。
2.3鑄造缺陷及組織的影響
    因為中空軸的重要作用，設計要求鑄件不得有任何影響強度的缺陷。影響鑄鋼件機械性能并起主導作用的因素是凝固成型中的冷卻速度。如果鑄鋼件的截面尺寸增加，凝固和冷卻時間隨之延長，鑄態組織將會產生疏松、氣孔、夾雜和偏析等有害影響，使機械性能特別是塑性下降。
    球磨機中空軸與軸端蓋相交處即圓角過渡部分，形成冷縮不均，在澆鑄后熱量擴散慢，無形中增長了冷凝時間。此處的厚度比其它部位厚，處理不當極易產生疏松與夾雜，組織中的疏松與夾雜等缺陷的存在，不僅使零件的有效截面減小，降低強度，而且在缺陷處容易產生應力集中現象。同時，增加缺陷附近基體的實際載荷，在斷口兩側出現縮松區并有夾雜物。
    ZC270-500澆鑄成型后需經熱處理880~900℃完全退火，以消除殘余應力，細化晶粒和消除偏析。從圖2來看，鑄件熱處理未能完全消除偏析和細化晶粒。我們知道組織的均勻性對材料的疲勞強度也會產生重要影響，組織的均勻性愈好，則材料的疲勞強度愈高。圖2和圖4的低倍組織缺陷均降低了材料的疲勞強度。
3、結論
    經過測量、檢驗、分析，∮2.6 mx13m球磨機人料端中空軸為不合格產品。由于制造單位沒有嚴格按照設計圖紙要求去做，又沒有必要的檢測手段，致使設備主要零件形成疲勞斷裂，造成使用單位停機512h的設備事故。