双螺杆挤出机具有优异的混炼性、高生产效率等特性,因此,广泛用于工程塑料的改性、造粒、预混等生产过程中。螺杆的结构与强度直接影响双螺杆挤出机的正常运转和生产系统的可靠运行安全生产。大型螺杆一旦失效,将会造成大规模生产的计划性中断,并危及生产人员的安全。因此,分析螺杆发生断裂失效的机理,采取针对性的预防措施,对安全生产、避免生产损失具有重要意义。本文针对一典型的双螺杆挤出机螺杆主轴断裂失效事故展开实例研究。发生断裂的PP双螺杆混炼造粒机单条螺杆最大挤出功率达5300KW,运行转速范围171-244rpm,螺杆直径为200mm,长度为10m。在运行过程中PP双螺杆混炼造粒机的右螺杆主轴发生断裂失效,为查明螺杆主轴断裂失效的原因,避免类似事故的再次发生,本文作者对螺杆主轴断裂失效进行了系统的分析。首先,对断裂螺杆主轴的化学成分、金相组织及力学性能等进行分析,结果表明:螺杆主轴主要元素含量(wt.%)分别为:Fe 92.45%、C 0.3%、Cr 2.69%、Ni2.71%,属于典型的低合金高强度调质钢,且S、P杂质含量低,分别是S 0.009%、P 0.007%;材料的金相组织由回火索氏体和板条状马氏体组成,马氏体的含量较高,致使裂纹的扩展。第二,对断裂螺杆主轴的拉伸、扭转、冲击、硬度等力学性能按照相关国家标准进行检测,结果显示:螺杆主轴的屈服强度均值达904MPa,抗拉强度达1137MPa,屈强比高达79.5%;另外,螺杆主轴的断面收缩率约为50%,但其平均延伸率不到12%,相对较低;螺杆整体的最大抗扭强度基本相同,达到1040MPa,螺杆主轴具有较好的冲击韧性,在接近退刀槽根部位的冲击韧性达82.5J/cm~2。第三,对断裂螺杆主轴的裂纹和断口形貌进行分析,结果表明:螺杆主轴断口形貌具有明显的贝纹扩展特征,属于典型的宏观疲劳断裂;此外,断裂螺杆主轴的起始疲劳裂纹扩展方向基本垂直于轴线方向,但扩展面与螺杆主轴线存在约45°的夹角;垂直于轴线扩展的疲劳裂纹在扩展过程中,出现明显的滑移与分层现象,断口局部表面经历了解理面间的相互挤压。通过对断裂螺杆主轴的检测和断裂失效分析,可见螺杆主轴的失效形式为疲劳断裂;螺杆主轴在断口表面以及裂纹源附近存在大量疏松的孔洞,且其金相组织不均匀,螺杆主轴近表面存在大量的马氏体组织,结合现场服役工况条件,推断出螺杆断裂是螺杆自身的表面及内部缺陷所致。为防止螺杆主轴疲劳断裂的发生,建议采用如下对策:重点控制螺杆轴锻件的表面质量及内部的微观孔洞、组织疏松等缺陷以及表层附近马氏体的形态与含量。