Page 51 - 理化检验-物理分册2024年第九期

李 明，等：离心式空压机叶轮轮盘开裂原因

图 2 轮盘裂纹及脱落残块断口的宏观形貌
1.2 化学成分分析 10088-2:2014（E）《不锈钢 第2部分：一般用途耐腐
对断裂残块进行化学成分分析，结果如表 1 蚀钢的钢板和带钢交货技术条件》对X3CrNiMo13-4
所示。由表 1 可知：开裂轮盘的化学成分符合EN 马氏体不锈钢的要求。
表1 开裂轮盘的化学成分分析结果 %

质量分数
项目
C Si Mn P S Cr Mo Ni
实测值 0.027 0.14 0.63 0.029 0.000 1 12.4 0.38 4.5
标准值 ≤0.05 ≤0.70 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.015 12.0~14.0 0.30~0.70 3.5~4.5
1.3 扫描电镜(SEM)及能谱分析 展，并存在树枝状分叉现象；腐蚀态下可见过渡圆角
对图2b）中残块断口A面的位置1交界区、位置 表面无氧化和脱碳现象，说明叶轮的工作温度在工
2断口中间区和位置3过渡圆角表面进行扫描电镜分 艺参数范围内；轮盘的显微组织为粗大板条状回火
析，结果如图3所示。由图3可知： 位置1和位置2断 马氏体，其奥氏体晶粒度为3级， 属淬火过热组织。
口形貌均呈冰糖块状，且存在沿晶二次裂纹，表面存 用盐酸水溶液对残块截面和过渡圆角表面进行
在腐蚀产物；位置2断裂晶面上，腐蚀产物局部发生 热酸腐蚀处理，对试样的低倍组织进行宏观观察，结
破碎，并具有泥纹状花样特征；位置3可见泥纹状腐 果如图6所示。由图6可知：裂纹起源于过渡圆角表
蚀产物和冲蚀磨损留下的麻坑。 面并向轮盘外表面扩展，主裂纹和部分树枝状的二
对位置1交界区和位置3过渡圆角表面的腐蚀 次裂纹已贯穿整个截面。
产物进行能谱分析，结果如图4所示。由图4可知： 1.5 硬度测试
交界区与过渡圆角表面存在腐蚀性元素S、Cl，并有 按GB/T 231.1—2018 《金属材料 布氏硬度试
较高含量的O元素。 验 第1部分： 试验方法》分别对残块截面的临近过渡
1.4 金相检验 圆角一侧、心部、背对过渡圆角一侧进行布氏硬度测
在残块断口附近取样，对试样进行金相检验，结 试，结果如表2所示。 由表2可知：整个截面硬度均匀，

果如图5所示。由图5可知：按GB/T 10561—2023 平均值为343 HBW。依据ISO 18265：2013 《金属材
《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检 料 硬度值换算》将截面硬度近似换算成抗拉强度，
验法》A法评定，轮盘非金属夹杂物为DT1.0级；抛 其参考值为1 155 MPa。可见轮盘材料的强度、硬度
光态下可观察到在主裂纹附近有二次裂纹沿晶扩 较高，超过了EN 10088-2:2014（E）的上限（抗拉强
35