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某化工煤精廠泵主軸斷裂原因分析

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摘要：受某化工廠委托對(duì)其煤精廠一根泵主軸的斷裂進(jìn)行失效分析，該主軸使用一年半左右后發(fā)生突然斷裂。通過(guò)采用金相分析法和斷口分析法及相應(yīng)的理化檢驗(yàn)等，對(duì)其斷裂原因進(jìn)行了分析，最終確定造成泵主軸斷裂的最主要原因是由于材質(zhì)本身的氧化夾雜物超標(biāo)以及力學(xué)性能不合格，從而造成該軸發(fā)生多源性疲勞失效，最終導(dǎo)致斷裂的發(fā)生。關(guān)鍵字：泵主軸失效疲勞概述經(jīng)實(shí)際調(diào)研，該泵主軸于2008年1月投入使用，主體材質(zhì)為2Cr13，泵主軸斷裂部位直徑為72mm，運(yùn)轉(zhuǎn)速度為1480RTN，使用溫度為60～70℃，介質(zhì)為氨水。使用過(guò)程中突然發(fā)生斷裂，斷裂部位如照片1、2所示，受某化工煤精廠委托，對(duì)其斷裂原因進(jìn)行了分析。照片1 泵主軸宏觀形貌照片2斷口宏觀形貌理化檢驗(yàn) 2.1金相檢驗(yàn) 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)切割取樣后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行金相組織分析，分別在斷口附近及遠(yuǎn)離斷口母材部位取樣。經(jīng)研磨、拋光和4％硝酸酒精溶液浸蝕后，在金相顯微鏡下觀察，其拋光態(tài)及顯微組織照片如下所示。主要結(jié)果為： 1、1＃為離斷口較遠(yuǎn)處正常部位取樣，照片3所示的拋光態(tài)，存在氧化物夾雜，級(jí)別為1.5級(jí)。照片4－6為母材的顯微組織，其組織為帶馬氏體位向回火索氏體。 2、2＃為斷口附近處取樣，拋光態(tài)下發(fā)現(xiàn)較多的氧化物夾雜（照片7、8），評(píng)定級(jí)別為3級(jí)。照片9、10為裂紋區(qū)，裂紋附近無(wú)脫碳和組織異常現(xiàn)象。 3、3＃為斷口中心處取樣。氧化物級(jí)別為1級(jí)，組織為帶馬氏體位向回火索氏體。照片3 1＃拋光態(tài) 100× 照片4 1＃腐蝕后 100× 照片5 1＃腐蝕后 200× 照片6 1＃腐蝕后 500× 照片7 2＃拋光態(tài) 100× 照片8 2＃拋光態(tài) 100× 照片9 2＃斷口附近裂紋 100× 照片10 2＃斷口附近裂紋 200× 照片11 2＃腐蝕后 200× 照片12 2＃腐蝕后 500× 照片13 3＃拋光態(tài) 100× 照片14 3＃腐蝕后 100× 照片15 3＃腐蝕后 200× 照片16 3＃腐蝕后 500× 2.2 化學(xué)分析結(jié)果：在斷口處取樣進(jìn)行了化學(xué)成分分析，檢測(cè)結(jié)果如下：表1 化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)項(xiàng)目 C (%) S (%) P (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni(%) 檢驗(yàn)數(shù)據(jù) 0.18 0.006 0.025 0.31 0.77 12.58 0.13 技術(shù)指標(biāo)（2Cr13） 0.16~0.25 ≤0.030 ≤0.035 ≤1.00 ≤1.00 12.00~ 14.00 ≤0.60 可見，化學(xué)成分合格，排除用錯(cuò)材料的可能。 2.3 力學(xué)性能表2 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)項(xiàng)目抗拉強(qiáng)度（T.S）MPa 屈服強(qiáng)度（Y.P）Mpa 斷后伸長(zhǎng)率（E.L）% 沖擊KV2 +20℃ J 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)（3組） 845 745 15.5 19.0 / / / 17.0 / / / 39.0 標(biāo)準(zhǔn)值 >635 >444 >20 >63 力學(xué)性能中沖擊值和斷口延伸率不合格。 2.4斷口分析結(jié)果照片17為斷口宏觀照片，宏觀可見斷口上的裂紋源位于圓周上的不同區(qū)域，屬于多源斷裂，圖中給出了裂紋源的位置；經(jīng)清洗后置于掃描電子顯微鏡下觀察，照片18為裂紋源放大形貌；照片19～照片21為斷口上的疲勞輝紋特征；照片22為斷口上的混合斷口形貌特征；照片23和照片24為斷口上的氧化特征，而且整個(gè)斷口磨損嚴(yán)重。照片17 斷口宏觀照片照片18 裂紋源特征照片19 疲勞輝紋特征照片20 疲勞輝紋特征照片21 疲勞輝紋特征照片22 混合斷口特征照片23 氧化特征照片24 氧化特征 2.5 低倍檢驗(yàn) 斷口經(jīng)熱酸蝕后的形貌如照片25所示。存在明顯的中心疏松和錠型偏析，評(píng)定級(jí)別均為1級(jí)。照片25 低倍組織分析與討論首先從斷口檢驗(yàn)來(lái)看，該斷口有多處斷裂源，屬于明顯的疲勞斷裂，且斷口氧化嚴(yán)重。而在低倍組織上存在較為嚴(yán)重的中心疏松和錠型偏析。其次，微觀組織結(jié)構(gòu)看，此斷裂件中含有較多的氧化夾雜物，這無(wú)疑對(duì)材料的力學(xué)性能造成很大影響。力學(xué)分析結(jié)果看，該件的斷后延伸率和沖擊值不合格，材料的塑性和韌性因此會(huì)降低。結(jié)論造成泵主軸斷裂的最主要原因是由于材質(zhì)本身的氧化夾雜物超標(biāo)以及力學(xué)性能不合格，造成該軸發(fā)生多源性疲勞失效，最終導(dǎo)致斷裂的發(fā)生。聯(lián)系方式：上海寶冶工程技術(shù)有限公司肖澤鋒/項(xiàng)目部副總監(jiān) 上海市寶山區(qū)四元路168號(hào)4號(hào)樓, 郵編200941 Tel:021-56935006 Fax:021-56925012 Mobile:13601887469 Web site:http://www.fangjianwang.com/ http://www.cn-sst.com http://www.bqt.sh.cn/

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