天然气站往复式压缩机活塞失效分析

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1、2011钲麓技木设备2011第1期PipelineTechniqueEquipmentNo．1天然气站往复式压缩机活塞失效分析马欣，桑东恒，刘清友(西南石油大学，R／II成都610500)摘要：针对天然气站往复式压缩机活塞的断裂事故，运用失效分析方法，开展了活塞断1：7扫描电镜分析、能谱和金相分析。根据断口形貌的电镜和金相观察结果，结合理论知识，分析确定了该活塞发生断裂事故的主要原因，即在特定工况下该活塞的材料缺陷是造成断裂的主要因素。关键词：活塞；断口；失效；断裂；电镜中图分类号：TE8文献标识码：A文

2、章编号：1004—9614(2011)O1—0032—03AFailureAnalysisoftheReciprocatingCompressorPistoninNaturalGasTreatmentStationMAXin，SANGDong-heng，LIUQing—you(SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，China)Abstract：Aimingonthefracturefailureofthereciprocatingcompressorpist

3、oninnaturalgastreatmentstationsthispaper，appliesthemethodoffailureanalysisanddevelopstheanalysisofEMS，specturmandmetallographicobservationstheEMSandmetallographicpicturesofthefraetography．Italsoanalyzesthemainreasonsoffailureofthefracturedpistonanddrawsac

4、onclu-sionthatthematerialdefectsofthereciprocatingcompressorspistonisthemajorcauseofthefailure．Keywords：piston；fractography；failure；fracture；EMS0引言新疆油田某天然气处理站在最近一两年内发生了多起活塞开裂或断裂事故，严重影响天然气处理站的安全稳定运行。为了找到失效原因，开展了压缩机活塞断裂失效分析研究。一1断口宏观分析断口是断裂失效分析重要的证据，它是残骸分析(b

5、)图1体式显微镜端口形貌中断裂信息的重要来源之一l1J。此活塞采用的铸造2断口扫描电镜及能谱分析工艺为压力铸造，从端口可以清楚地观察到活塞头是采用JEOL／JSM一6490LV型扫描电镜对断口进整体断裂，并且有明显的脆性断裂迹象，断裂面与垂行分析。EDS显示此铝合金为Al—si系合金，组织成直方向大约呈45。。体式显微镜下观察(见图1)，发分如表1所示。现端口面基本是均匀的(图1(a))，整个断口没有明表1断口组织成分％显的断裂台阶和断裂起源点，可见此处主要发生脆性成分质量分数原子百分数成分质量分数原子百

6、分数断裂；从图1(b)可以明显地看到，中间一块比其他各A181．8280．75Ce2．1OO．4处亮，而且断口表面粗大，出现了微小的滑移，可以肯Si8．387．95Fe1．25O．605．679．45Mg0．780．85定在断裂的过程中组织发生了一定的塑性形变，但是注：A1一Si系合金Mg偏低，但铁的含量偏高。塑性形变不大。并且此处与其他各处相比形成了明扫描电镜图片(图2)显示，断口布满不规则的韧显的台阶，可以推测此处可能是由于组织不均匀而引窝和断裂痕以及孔洞，没有明显的滑移面。韧窝是以起的偏析，由此导致

7、断裂，并形成断裂源点。材料中的孔洞为核心，在应力作用下逐渐聚集、长大、串联而形成的。准解理断裂和韧窝是有关的，在准解收稿日期：2009—10—31收修改稿日期：2010—08—08理小平面和星花间可以看到许多漫布的韧窝，显示出第1期马欣等：天然气站往复式压缩机活塞失效分析33这两类断裂之间的联系。从断口扫描电镜形貌得出，通过EDS分析，图4中3处的组织成分如表2所示。该活塞可能是受多次内应力作用造成准解理脆性断3点处的Fe、O含量都比较高，Fe元素在铸造铝合金裂。中是有害的杂质，常常与si形成B—FeSi

8、A1。(或图3为扫描电镜下断口上的孔洞照片，可看出孔FesiA1。)相，会使铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高洞处有一不导电的杂质，其与周围其他组织有明显的时会使铸件产生脆性。a处氧元素和钙元素占了很大不同，很可能是铝合金在铸造的时候由于变质或者热的比重，可能是熔炼过程中产生的氧化物(如A10等处理所形成的。由于杂质的存在，在此处形成应力集杂质)，钙元素可能在无机非金属材料模具上脱落下中，当应力超过材料的屈服强度，就会发生断裂，此