给水泵轴断裂失效分析

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1、第2期(总第172期)山西电力No．2(Ser．172)2012年4月SHANXIELECTRICP0WERApr．2012给水泵轴断裂失效分析郝志东，毕虎才，王晓杰(1．武乡和信发电有限公司，山西武乡046300；2．山西电力科学研究院，山西太原030001)摘要：以某电厂给水泵轴运行仅8个月即发生断裂为例，对泵轴进行化学成分、力学性能、金相组织、断口宏观和扫描电镜分析等试验分析，阐述了泵轴的断裂原因是叶轮与泵轴之间配合间隙过大，使泵轴键槽处周向应力增大，在键槽底部边缘形成了多个疲劳源，先周向疲劳扩展产生鳞剥，后由径向旋转弯曲及扭转疲劳扩展至断裂。关键词：泵轴；疲劳断裂

2、；应力中图分类号：TM62文献标识码：B文章编号：1671—0320(2012)02—0042—030引言1泵轴材料及试验方法分析泵轴是一种转动轴件，它主要用于支承旋转的泵轴材料为17—4PH(0crl7Ni4cuNb)，直径部件，并通过转动传递功力或运动，轴件的工作条西90mm，该材料为典型的马氏体沉淀硬化钢，固件范围很广，如腐蚀环境、高温或低温环境等。某溶处理后的室温组织为马氏体；键的规格为电厂型号为SQ300—670的给水泵，在运行较短时间10mm×16mm×150mm，材料为中碳优质结构钢内轴承振动突然增大，解体检查发现泵轴键槽处断45钢，经适当热处理后具有较高强

3、度。它们的化裂，近断口端轴承损坏。泵轴通过键与叶轮配合带学成分见表1，其力学性能要求见表2。采用放大镜动叶轮工作，轴功率492kW，转速l480r／rain。为对断口进行宏观检查，采用金相显微镜对泵轴和查明泵轴断裂原因，防止同类事故发生，并制定切键进行组织分析，采用LEO一438一VP型扫描电子显实可行的改进措施，以保证锅炉给水及锅炉的安全微镜对断口裂源区、扩展区、终断区进行分析稳定运行，对泵轴进行了系统的实验分析。，观察。表1泵轴材料及键材料化学标准成分表收稿日期：2011-12—06，修回日期：2012—01—09表2泵轴材料及键材料力学性能表作者简介：郝志东(197

4、8一)，男，山西左权人，2001年毕业于太原理工大学焊接专业，工程师，从事电站金属技术监督管理工作；毕虎才(1978一)，男，山西五寨人，2005年毕业于太原理工大学材料加工专业，硕士，工程师，从事电站金属材料检验及分析工作；王晓杰(1962一)，男，山西太原人，1984年毕业于太原理工大学金相专业，高级工程师，从事电站金属材料检验及分析工作，山西省无损检测考委。·42·2012年4月郝志东，等：给水泵轴断裂失效分析2泵轴实验结果及分析纹，且组织有冷变形，说明此边经历冲击、挤压，已损伤和变形。2．1宏观分析2．5泵轴断口检验泵轴断裂为两截，断裂位于泵轴键槽半圆角过宏观观察

5、泵轴断口上存在明显的贝纹线，且贝渡处，同时泵轴上键槽严重变形，一侧(工作面)呈纹线以键槽根部为源呈凸起弧状向外逐渐扩展，表小台阶逐渐加宽并有多条裂纹。键槽槽底宽15．8mm，明此部位承载了交变应力幅度变化或载荷停歇等原轴表面键槽两端距离宽20．6mm，键槽深5mm，底因[2-3】，说明该泵轴断裂是疲劳断裂。键槽底部边部台阶高约1．2mm，键宽15．8mm，键高l0．1rfiI'f't。缘一侧棱边有多条裂纹呈周向鳞剥状开裂，此侧棱键槽背面的轴表面有明显的挤磨现象，测量该处轴边正是泵轴旋转时通过键连接叶轮的受力边，是传径为90mm。另外发现叶轮内表面磨损，磨损主要递扭矩的受力

6、端。裂纹呈多源疲劳特征，沿周向扩集中于一部分表面，同时轴承损坏。连接键断为3展，但停留于表面附近，断面贝壳状疲劳纹明显且截，且键的工作面有明显损伤。间距较宽，说明使裂纹疲劳扩展的应力较大。然后2．2材料成分分析以此为源产生径向开裂，径向断面不齐平，由若干泵轴材料及键材料的实际化学成分见表3。疲劳面构成，单源且终断区偏转，前期的几个疲劳表3泵轴材料及键材料化学成分表面贝纹明显且间距较宽，后期的几个疲劳面细腻，(C)∞(Mn)∞(S)∞(P)w(Si)cE，(Cr)w(Ni)o(Cu)w(Nb)贝纹不明显，终断区面积很小。从已断裂键的断口宏观特征看，键已断裂成3截，断口都有明

7、显的疲劳条纹，其中一侧断口是从键底拐角处开裂并呈放射状疲劳扩展的，说明有较化学成分检测分析结果表明，泵轴采用大冲击载荷存在。为起源于下表面的放射状疲劳断17—4PH(0cr17Ni4cu4Nb)，化学成分符合标准要裂，说明键的断裂并不是强度不足造成的过应力剪求，键采用45碳素钢，成分符合要求。断，而是承受冲击载荷导致的疲劳断裂。2．3力学性能分析裂源区扫描电镜分析表明，裂纹起源于键槽底泵轴材料及键材料的力学性能见表4。力学性部边缘，呈多源疲劳特征，低倍下可见典型的贝壳能试验结果表明，泵轴选用17—4PH材料，力学性状疲劳纹，放