压缩机活塞轴断裂分析.pdf

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1、第37卷第3期化工机械373压缩机活塞轴断裂分析施昱。葛乐通(江苏工业学院)摘要针对液化气压缩机活塞轴断裂的情况，参照压缩机的工作环境，对活塞轴进行了磁粉探伤、硬度检测、金相和材料成分等分析，得出了导致活塞轴开裂并断裂的原因。关键词压缩机活塞轴断裂分析腐蚀疲劳中图分类号TQ051．21文献标识码B文章编号0254-6094(2010)03-0373-03扬千石化J栗车阳】的液化气压缩机任正常运行情况下突然发生活塞轴断裂，影响r正常生产。该活塞压缩机属于备用机，1997年由于活塞轴断裂更换过一次活塞轴，经过一段时间运行发现轴表面有蚀孔和开裂的状况

2、，对活塞轴进行了表面镀铬处理后，继续使用到此次断裂。由于该压缩机活塞轴已不是第一次损坏，为杜绝类似事故再次发生，笔者受厂方委托对活塞轴断裂原因图2断裂面进行分析评判。2物理分析1设备概况对活塞轴断面进行清洗后，用线切割沿断面发生故障的压缩机流量为2400m3／h，进口一侧切下15mm厚的试块，进行分析。压力0·1MPa，出口压力l·2～1·3MPa，转速2．1着色和磁粉探伤370r／min。压缩机内工作介质成分见表】。着色渗透探伤发现两条深达2．5。3．0mm的表l压缩机气体介质成分．％环形裂纹。对靠近断裂处的轴端进行磁粉探伤，墨!竺圣竺望苎!

3、竺些竺竺墨竺些墨靠近断裂面接近30mm处有两条环状大裂纹(图4．96．37．532．336．47·04．00．453)．裂纹与断裂面平行。断裂的活塞轴(3Crl3调质处理)在缸体内引起强烈撞击，使整个活塞轴弯曲变形(图1)，断口受撞击力作用部分凹陷，并在断口处发现占轴周边长度3／5的环状裂纹，裂口整齐(图2)。图1断裂的活塞轴}施昱，女，1963年12月生，副教授。江苏省常州市，213016。图3磁粉探伤374化工机械2010年2．2硬度测试对断裂面和切割面进行硬度测试，断裂而取样点为4点，切割面取样点为3点(图4)，硬度数据见表2。图4硬度测

4、试取样点表2硬度测试表硬度HBW4884684553322632903322．3金相检验对断Lj表面进行金相检验，呈板状马氏体组织(图5a)，与3Crl3材料符合。断裂面破碎处可见多处树枝状裂纹，裂纹周围晶格破碎(图5b)。断口布满大小不等的蚀孑L，蚀孔处可见金属腐蚀的絮状物(图5c)，腐蚀现象较为严重。图5断口表面金相电镜照片3能谱分析在断裂而和切割面(本体材料)各取了9个样点进行了EDS化学成分分析，结果见表3"A。表3断裂面EDS成分分析％表4本体材料EDS成分分析％4断裂原因分析4．1应力腐蚀应力腐蚀属于电化学腐蚀，是受应力的材料在有腐

5、蚀介质环境下产生裂纹或断裂的现象。只有存在应力(特别足拉应力)时，才能产生应力腐蚀裂纹。研究表明，压应力在某些情况下也可以产生应力腐蚀裂纹⋯。活塞轴．I：作时承受拉、压交变应力，压缩机工作介质中含H：和H：s。H：s是会引起不锈钢应力腐蚀的特定介质旧1。新的活塞轴表面有钝化膜存在，但在T作一段时间后，轴表面可能存在的缺陷(坑、痕或非金属夹杂物等)使钝化膜局部破坏，微小破口处的金属成为电池的阳极，周围区域成为阴极，阳极电流高度集中，使腐蚀迅速向内发展，从而形成蚀孔。在应力和湿H：S环境中，引发应力腐蚀。从断面电镜照片中金属絮状物和大量而分散的蚀孔

6、足以看出腐蚀的严重程度。虽然厂家在发现表面蚀孔和裂纹后进行了镀铬处理，但此时腐蚀裂纹已经深入轴内部，镀铬并没有阻止腐蚀，而在迸一步扩展。从图2、5中可见，呈树枝状的沿晶或穿晶裂纹与轴主应力方向垂直，腐蚀产物呈岩石状第37卷第3期化工机械375或泥块状花样，这完伞符合应力腐蚀特性。4．2材料含C量超标活塞轴材料为3Crl3调质，其强度比40钢和45钢高，主要合金元素是铁、铬和碳，是一种强度高、塑性好的中碳马氏体不锈钢。不锈钢的耐蚀性主要来源于铬，实验证明，只有含铬量超过12％时钢的耐蚀性能才会大大提高。考虑碳、铬两者相互关系及碳的溶解极限，国标规

7、定3Crl3的含c量为0．26％一0．35％¨。，就是为了充分保证Cr的溶解度。标准规定3Crl3的回火硬度为217HBW、退火硬度不高于235HBW¨1。但从硬度测试看(表2)，断裂面硬度远远超出标准规定，可以认为是断裂时猛烈冲击和材料冷作硬化所致，而切割面硬度指标也超过标准数值，这与材料中含c量高超标有着直接关系，从表4活塞轴本体材料EDS能谱成分分析中可见，材料中C含量超出标准规定有4倍之多，含C量的超标，使活塞轴强度增加、塑性降低，在交变应力作用下对疲劳开裂有着促进作用。4．3腐蚀疲劳腐蚀疲劳足腐蚀介质与交变应力协同作用所引起的材料破坏

8、现象。压缩机的活塞轴在工作过程中主要承受较大的交变拉、压应力和较小的弯曲、扭转应力的作用∽-。腐蚀疲劳最易发生在能产生孔蚀的环境中，从图2中可以明屁看