Page 60 - 理化检验-物理分册2023年第十二期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202312011

气闸门顶轴断裂原因

程 健 1 , 2 , 方可伟 1 , 2 , 罗坤杰 , 张度宝 , 费克勋 1 , 2
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( 1. 苏州热工研究院有限公司, 苏州 215004 ; 2. 国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心, 苏州 215004 )
摘 要: 某核电厂气闸门顶轴发生断裂, 采用宏观观察、 化学成分分析、 硬度测试、 金相检验和断
口分析等方法分析其断裂原因, 结果表明: 材料中存在缺陷和网状铁素体, 先共析铁素体使材料的
强度与冲击韧性降低, 在受到切向应力的工况下, 材料发生脆性断裂。

关键词: 顶轴; 网状铁素体; 脆性断裂; 缺陷

中图分类号: TB31 ; TG115.2 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 12-0044-03

Fracturereasonof g asa p icalaxis

1 , 2
1 , 2
1
1
CHENGJian , FANGKewei , LUOKun j ie , ZHANGDubao , FEIKexun 1 , 2

( 1.SuzhouNuclearPowerResearchInstituteCo. , Ltd. , Suzhou215004 , China ;

( 2.NationalEn g ineerin gResearchCenterforNuclearPowerPlantSafet y& Reliabilit y , Suzhou215004 , China )

Abstract : Theg asa p icalaxisofanuclearp owerp lantfractured.Thefracturereasonswereanal y zedb y

meansofmacrosco p icobservation , chemicalcom p ositionanal y sis , hardnesstest , metallo g ra p hicexaminationand

fracturesurfaceanal y sis.Theresultsshowthatthereweredefectsandreticularferriteinthematerial.Thestren g th

andim p acttou g hnessofthematerialwerereducedb y the p roeutectoidferrite , andthebrittlefractureofthematerial

occurredundertheconditionoftan g entialstress.

Ke y words : a p icalaxis ; networkferrite ; brittlefracture ; defect
核电厂核岛 8m 气闸门是核电人员进出核反 元素含量过高, 在感应加热表面淬火时, 可能引起裂

应堆的重要通道, 可防止放射性气体泄漏。某气闸 纹。一 般 将 45 钢 的 碳 元 素 质 量 分 数 控 制 为
门防逆机构顶轴槽口位置发生断裂, 该顶轴一端为 0.42%~0.47% , 其 淬 火 后 的 硬 度 一 般 为 55~
万向滚珠, 可防止气闸门关闭时与挡板直接发生碰 60HRC 。

[ 8 ]
撞, 另一端为连接棘爪的槽口。断裂位置为槽口根 采用优良的热处理工艺可以使中碳钢的性能优
部, 顶轴材料为45钢, 其热处理状态为表面淬火。 异, 但如果热处理工艺不达标, 可能使中碳钢出现淬
45钢的性价比较高, 是一种优质碳素结构钢, 火开裂、 魏氏体组织以及块状或网状铁素体组织, 这
有着较好的综合力学性能, 其成本低, 主要用于制造 些都会造成材料塑性、 冲击韧性以及强度的急剧降
各种机械零部件, 特别是轴、 齿轮、 轴、 泵的活塞 低。某核电厂气闸门顶轴发生断裂, 笔者采用宏观
等 [ 1-5 ] 。这些零部件表面具有高硬度和高耐磨性, 其 观察、 化学成分分析、 硬度测试、 金相检验和断口分
内部具有高强度和高韧性。金属材料的性能与成分 析等方法研究其断裂原因, 以防止该类问题再次
和组织结构有关, 改善微观组织能够符合材料的性 发生。
能要求 [ 6 ] 。控制合金元素含量与设计不同的热处理
工艺可控制金属的相变, 使金属获得不同的微观结 1 理化检验
构, 从而引起其性能变化 [ 7 ] , 45钢的淬透性低, 且碳 1.1 宏观观察
断裂顶轴的宏观形貌如图1所示, 由图1可知:

断裂起源于槽口位置下方3~5mm 外表面处, 并逐
收稿日期: 2023-06-28

作者简介: 程 健( 1985- ), 男, 硕士, 工程师, 主要从事金属材料 步向槽口位置扩展; 断口未见明显的塑性变形, 呈
脆性断裂特征; 断口较平整, 整体呈灰黑色; 外表面
检测与分析研究工作, chen gj @c g n p c.com.cn
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