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某化工煤精廠泵主軸斷裂原因分析

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生茶

摘要：受某化工廠委托對其煤精廠一根泵主軸的斷裂進行失效分析，該主軸使用一年半左右后發生突然斷裂。通過采用金相分析法和斷口分析法及相應的理化檢驗等，對其斷裂原因進行了分析，最終確定造成泵主軸斷裂的最主要原因是由于材質本身的氧化夾雜物超標以及力學性能不合格，從而造成該軸發生多源性疲勞失效，最終導致斷裂的發生。關鍵字：泵主軸失效疲勞概述經實際調研，該泵主軸于2008年1月投入使用，主體材質為2Cr13，泵主軸斷裂部位直徑為72mm，運轉速度為1480RTN，使用溫度為60～70℃，介質為氨水。使用過程中突然發生斷裂，斷裂部位如照片1、2所示，受某化工煤精廠委托，對其斷裂原因進行了分析。照片1 泵主軸宏觀形貌照片2斷口宏觀形貌理化檢驗 2.1金相檢驗經現場切割取樣后，在實驗室進行金相組織分析，分別在斷口附近及遠離斷口母材部位取樣。經研磨、拋光和4％硝酸酒精溶液浸蝕后，在金相顯微鏡下觀察，其拋光態及顯微組織照片如下所示。主要結果為： 1、1＃為離斷口較遠處正常部位取樣，照片3所示的拋光態，存在氧化物夾雜，級別為1.5級。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，拋光態下發現較多的氧化物夾雜（照片7、8），評定級別為3級。照片9、10為裂紋區，裂紋附近無脫碳和組織異常現象。 3、3＃為斷口中心處取樣。氧化物級別為1級，組織為帶馬氏體位向回火索氏體。照片3 1＃拋光態 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 100× 照片8 2＃拋光態 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 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 化學分析結果：在斷口處取樣進行了化學成分分析，檢測結果如下：表1 化學成分檢測結果檢驗項目 C (%) S (%) P (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni(%) 檢驗數據 0.18 0.006 0.025 0.31 0.77 12.58 0.13 技術指標（2Cr13） 0.16~0.25 ≤0.030 ≤0.035 ≤1.00 ≤1.00 12.00~ 14.00 ≤0.60 可見，化學成分合格，排除用錯材料的可能。 2.3 力學性能表2 力學性能檢測結果檢驗項目抗拉強度（T.S）MPa 屈服強度（Y.P）Mpa 斷后伸長率（E.L）% 沖擊KV2 +20℃ J 檢驗數據（3組） 845 745 15.5 19.0 / / / 17.0 / / / 39.0 標準值 >635 >444 >20 >63 力學性能中沖擊值和斷口延伸率不合格。 2.4斷口分析結果照片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域，屬于多源斷裂，圖中給出了裂紋源的位置；經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，而且整個斷口磨損嚴重。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 低倍檢驗斷口經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，評定級別均為1級。照片25 低倍組織分析與討論首先從斷口檢驗來看，該斷口有多處斷裂源，屬于明顯的疲勞斷裂，且斷口氧化嚴重。而在低倍組織上存在較為嚴重的中心疏松和錠型偏析。其次，微觀組織結構看，此斷裂件中含有較多的氧化夾雜物，這無疑對材料的力學性能造成很大影響。力學分析結果看，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降低。結論造成泵主軸斷裂的最主要原因是由于材質本身的氧化夾雜物超標以及力學性能不合格，造成該軸發生多源性疲勞失效，最終導致斷裂的發生。聯系方式：上海寶冶工程技術有限公司肖澤鋒/項目部副總監上海市寶山區四元路168號4號樓, 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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