Page 59 - 理化检验-物理分册2023年第十二期
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杜佳美: 水泵叶轮轴断裂原因
位置, 断裂起源于轴端密封侧工艺退刀槽处, 该位置
截面尺寸变小, 局部应力高于平均应力 [ 4-5 ] , 使得有效 3 结论及建议
应力的集中系数增大, 在泵工作时, 该处一直承受着 该水泵叶轮轴断裂性质为疲劳断裂, 在制造过
较大的扭转应力, 外表面台阶处为断裂源, 属于多源 程中的热处理工艺欠佳, 使轴表面硬度及强度很低,
扭转疲劳断裂, 多源疲劳断裂的各个裂纹源不是在同 受较大扭转力时容易在表面形成疲劳裂纹, 并随着
一平面上, 伴随着裂纹的扩展, 裂纹连接时, 在不同平 裂纹扩展叶轮轴最终发生断裂。建议严格控制热处
面之间的连接处形成台阶、 折纹等印记, 台阶越多, 表 理工艺, 保证叶轮轴材料的显微组织符合要求并具
示材料所受的应力或应力集中程度越大, 疲劳源的数 有良好的综合力学性能, 提高工艺退刀槽的加工精
目越多, 证明叶轮轴断裂性质属于疲劳断裂。 度, 减小应力集中程度。
由金相检验及硬度测试可知: 叶轮轴经调质处理 参考文献:
( 淬火+高温回火) 后应得到回火索氏体组织 [ 6-7 ] 。该
叶轮轴断裂试样断裂源附近组织为贝氏体+珠光体 [ 1 ] 包艳蓉, 丛培军, 李亮, 等. 给水泵轴断裂原因分析
+铁素体, 轴表面淬硬层组织为贝氏体。轴表面淬硬 [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2017 , 53 ( 9 ): 675-678.
层维 氏 硬 度 约 为 285 HV , 基 体 维 氏 硬 度 约 为 [ 2 ] 钟群鹏, 赵子华. 断口学[ M ] . 北京: 高等教育出版社,
245HV , 说明叶轮轴生产加工时的热处理( 调质) 效 2006.
[ 3 ] 张凡志, 杨林豪, 彭以超, 等. 凝结水泵轴断裂原因分
果不佳, 正常调质后40Cr钢的强度及韧性高, 为回
析[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2018 , 54 ( 9 ): 685-688.
火索氏体组织, 但该轴表层产生了大量脆性较大且硬
[ 4 ] 张涛, 卫志刚, 田力男, 等. 火电机组给水前置泵轴断
度( 强度) 较低的贝氏体组织, 回火索氏体的含量非常
裂原因分析[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2013 , 49 ( 12 ):
少, 导致轴表面强度不足, 在调质工艺的淬火过程中,
848-851.
由于淬火温度偏低或冷却速率过慢, 组织未充分奥氏 [ 5 ] 王丽娟, 张国福, 宋天民, 等. 泵轴断裂原因分析[ J ] .
体化, 出现未溶解的铁素体或贝氏体组织, 因此断定 辽宁石油化工大学学报, 2005 , 25 ( 3 ): 43-47.
热处理工艺存在问题。加上表面淬硬层( 贝氏体层) [ 6 ] 李智丽, 韩凤英, 王权, 等.42CrMo钢齿轮轴断裂分
深度过浅, 工艺退刀槽几乎将淬硬层全部车削掉, 使 析[ J ] . 金属热处理, 2003 , 28 ( 3 ): 74-75.
扭转应力最为集中的工艺退刀槽处的表层组织为贝 [ 7 ] 李晓宏, 王晓燕, 赵秀峰.42CrMo主轴断裂原因分析
[ J ] . 大型铸锻件, 2017 ( 5 ): 35-36.
氏体+珠光体+铁素体, 其强度进一步下降。
( 上接第36页)
增加锻造比, 使聚集在晶界的碳化物、 非金属夹杂物 [ 5 ] 王勇胜, 孙欣, 郭立波.20SiMn钢水轮机主轴超声波
发生改变 [ 11 ] 。 探伤不合格原因分 析 [ J ] . 理 化 检 验 ( 物 理 分 册),
( 4 )优化锻后热处理工艺。延长热处理保温时 2018 , 54 ( 4 ): 290-292.
[ 6 ] 杨文, 杨小刚, 张立峰, 等. 钢中 MnS夹杂物控制综述
间, 使长条状 MnS逐渐碎化; 为控制 MnS夹杂物的
[ J ] . 炼钢, 2013 , 29 ( 6 ): 71-78.
尺寸, 热处理温度宜选择900~1300℃ 。
[ 7 ] 任运来, 牛龙江, 陈志英, 等. 锻件内部脆性夹杂物边
经过上 述 优 化 后, 超 声 检 验 合 格 率 达 到 了
界裂纹锻合的应力条件[ J ] . 机械工程学报, 2014 , 50
100% 。
( 22 ): 84-89.
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