凝结水泵主轴断裂分析①
彭碧草１，２，何朋非２，熊一亮１，２，龙一毅１，２
（１．国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙４１０００７；２．湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司，湖南长沙４１０００４）摘一要：采用宏观检查二化学成分分析二力学性能测试二显微组织观察和扫描电镜等试验方法，对某火电厂凝结水泵主轴断裂的原因进行了分析三结果表明，凝结水泵主轴的原材料存在成分偏析是大轴断裂的主要原因；主轴原材料发生成分偏析后通过简单的热处理工艺未得到均匀的调质组织，从而导致材料力学性能下降；同时缩孔的存在给疲劳源的产生创造了条件三
关键词：疲劳断裂；失效分析；成分偏析；缩孔；４０ＣｒＮｉＭｏ
中图分类号：ＴＧ１１１文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１５．０３．０３７
文章编号：０２５３－６０９９（２０１５）０３－０１３８－０３
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＦｒａｃｔｕｒｅｏｆＳｐｉｎｄｌｅｏｆＣｏｎｄｅｎｓａｔｅＰｕｍｐ
ＰＥＮＧＢｉ?ｃａｏ１，２，ＨＥＰｅｎｇ?ｆｅｉ２，ＸＩＯＮＧＬｉａｎｇ１，２，ＬＯＮＧＹｉ１，２（１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＨｕｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０００７，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｎａｎＸｉａｎｇｄｉａｎＢｏｉｌｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌＴｅｓｔｓＣｅｎｔｅｒＣｏＬｔｄ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０００４，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｄｅｎｓａｔｅｐｕｍｐｓｐｉｎｄｌｅｏｆａｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｍａｃｒｏｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ，ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｓ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＳＥＭ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｒｅａｓｏｎｆｏｒｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｕｎｉｆｏｒｍｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｎｏｔｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｐｌｅｑｕｅｎｃｈｉｎｇａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｆｔｅｒｔｈｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｄｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｓｈｒｉｎｋａｇｅｃａｖｉｔｙｗａｓｂｅｎｅｆｉｔｔｏｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｆａｔｉｇｕｅｓｏｕｒｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｕｒｅ；ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ｓｈｒｉｎｋａｇｅｃａｖｉｔｙ；４０ＣｒＮｉＭｏ
一一某电厂２号机组２Ａ凝结水泵主轴在运行过程中发生断裂，主轴材质为４０ＣｒＮｉＭｏ，直径１０８ｍｍ，常温
运行，运行转速１４８０ｒ／ｍｉｎ，累积运行约４００００ｈ三为
探讨主轴发生断裂的原因，本文从断口形貌二化学成
分二力学性能和金相组织等方面进行了分析三１一试一一验成分分析在ＦＯＵＮＤＲＹ－ＭＡＳＴＥＲＰｒｏ型牛津全谱
立式直读光谱仪上进行三沿断裂的水泵大轴纵向取尺
寸为Φ１０ｍｍ?１６０ｍｍ的拉伸试样和尺寸为１０ｍｍ?１０ｍｍ?５５ｍｍ的Ｕ型缺口试样分别在ＵＴＭ５１０５型万能材料试验机和ＪＢＮ－３００型冲击试验机上进行力
学性能试验三金相试样经常规制样方法制备后用４％
硝酸酒精溶液腐蚀，在蔡司显微镜上进行观察三断口
原始形貌在ＪＳＭ－６３６０ＬＶ型扫描电镜下进行观察三
２一结果与讨论２．１一宏观检查断口大部分形貌未被破坏，保留完整，断面无明显
塑性变形，断口宏观形貌如图１所示三图中１区和２区断裂面表面光滑，且１区可见明显贝纹线，即大轴断裂方式为疲劳断裂［１－２］三在两个区域形成疲劳源后，各区域裂纹源大致以相互垂直的方向扩展并在某处汇合三当大轴的有效承力面积不足以承受施加应力时发
生瞬间断裂，并留下宏观可见的明显撕裂条带，如图中３区所示三图１一凝结水泵主轴断口宏观形貌
２．２一成分分析凝结水泵主轴实测化学成分和ＧＢ／Ｔ３０７７－１９９９①收稿日期：２０１４－１２－２１作者简介：彭碧草（１９８２－），男，湖南湘乡人，博士，工程师，主要从事火力发电金属监督及失效分析方面的工作三第３５卷第３期２０１５年０６月矿一冶一工一程ＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．３５?３Ｊｕｎｅ２０１５