Page 50 - 理化检验-物理分册2022年第七期

周海彦, 等: 水环真空泵轴断裂失效的原因

表 1 疲劳条带微区元素分析结果 %
质量分数
项目
Si P S Ni Cr O Na Al Cl K Ca Fe
测试值 1.02 0.09 0.53 7.5 18.81 3.34 0.47 0.33 0.14 0.14 0.2 67.44

和其他隐蔽的区域内发生的局部腐蚀。孔穴、 垫片
接触面、 搭接缝内、 沉积物下、 紧固件缝隙内是常发
生缝隙腐蚀的地方。依靠氧化膜或钝化层抗腐蚀的
金属在含氧的介质中都会发生缝隙腐蚀, 其发生原
因是: 缝隙内为缺氧区, 由于自催化效应, 缝隙内的
溶液会从中性变为酸性, 阴离子会在缝隙内的溶液
中富集, 引 起 缝 隙 内 的 金 属 表 面 状 态 与 缝 隙 外 不
同 [ 8-9 ] 。例如, 钝化膜破坏而使金属表面成为活性溶
图 6 断面显微组织形貌
解状态。对于钝性金属来说, 缝隙腐蚀过程原理上
于轴向的扩展裂纹, 裂纹起点、 中端及尖端的显微组 [ 10 ]
同点蚀( 小孔腐蚀) 过程一样 。
织形貌如图 7 所示。
对于黑色金属的酸性腐蚀来说, 析氢过程会引
起金属材 料 延 性 的 降 低 而 使 其 脆 性 增 加, 即 引 起
“ 氢脆”。
综合上述理化检验结果可知: 该水环真空泵轴
断裂模式为应力、 腐蚀、 疲劳共同作用下的脆性断
裂。裂纹源位于退刀槽及附近区域, 退刀槽尖锐, 为
形状突变区域, 易造成应力集中, 腐蚀介质导致的点
蚀加速了裂纹源的产生, 同时泵为偏心设置, 轴转动
过程中产生交变应力, 导致疲劳条带的出现, 在扭转
剪切力的共同作用下裂纹快速扩展直至断裂。

3 结论与建议

该水环真空泵轴在含有腐蚀介质的环境下, 其
螺纹退刀槽附近发生缝隙腐蚀, 同时在应力集中的
疲劳交变载荷的作用下, 产生裂纹并逐渐扩展, 最终
导致泵轴断裂。
建议适当改进泵轴锁紧结构, 如加装防止介质
进入缝隙的端面密封锁紧结构; 控制介质的 p H 在
7 以上, 避免酸性腐蚀; 加大退刀槽圆弧过渡, 进一
-
步减小应力集中; 更换泵轴材料, 选用耐点蚀及 Cl
腐蚀的材料; 引入在线健康监测系统, 控制泵轴振动
引起的交变应力。

参考文献:
[ 1 ] 邱伟平, 揭择辉, 姚 吉 飞 . 水 环 真 空 泵 常 见 故 障 分 析
图 7 退刀槽附近裂纹起点、 中端及尖端显微组织形貌
[ J ] . 化学工程与装备, 2019 ( 2 ): 192-193.
2 综合分析 [ 2 ] 刘杉 . 水环真 空 泵 常 见 故 障 分 析 及 对 策 [ J ] . 石 化 技
术, 2019 , 26 ( 5 ): 38-39.
缝隙腐蚀是指在腐蚀介质中金属表面上、 缝隙 ( 下转第 37 页)
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