趙雙雙 蔣南 杜文樂 孫菊

摘? 要：針對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中曲軸發(fā)生斷裂破壞情況，對(duì)其斷裂原因進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：曲軸;斷裂;壓縮機(jī)

中圖分類號(hào)：U464.133.33? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2020）03-0000-00

1概述

斷裂曲軸材質(zhì)為42CrMoA。曲軸工作氣氛為氫氣和酸氣，在使用1年后，工藝氣進(jìn)油，油變酸，因此軸徑被腐蝕變細(xì)，使用激光熔覆方法進(jìn)行修復(fù)，之后使用2個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)機(jī)身震動(dòng)嚴(yán)重，檢查發(fā)現(xiàn)曲軸外表面有裂紋。經(jīng)查，激光熔覆材料為鐵基粉末，激光熔覆成分見表1，激光熔覆前，基體預(yù)熱溫度為80℃。熔覆速度為4～5mm/s，焊接時(shí)功率為4500W，焊后局部熱處理溫度為350℃。為了分析曲軸斷裂的原因，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行顯微組織、化學(xué)成分、硬度檢測(cè)[1-4]。

2曲軸斷口宏觀形貌

肉眼觀察斷裂的曲軸表面有幾道裂紋，紅框位置上的深溝是為測(cè)試裂紋深度人為所致。斷裂曲軸實(shí)物照片見圖1所示。

3化學(xué)成分分析

采用德國(guó)OBLF QSN750-Ⅱ型真空直讀光譜儀對(duì)曲軸進(jìn)行了化學(xué)成分定量分析，取樣部位在斷裂曲軸表面附近。具體分析結(jié)果見表2。表2中同時(shí)列出了標(biāo)準(zhǔn)中42CrMoA鋼的成分范圍?；瘜W(xué)成分分析結(jié)果表明，曲軸的元素含量在正常范圍。

4金相組織分析

4.1非金屬夾雜物分析

在斷口附近取樣，檢測(cè)試樣的非金屬夾雜物。將金相樣品進(jìn)行預(yù)磨、精磨、拋光，然后在德國(guó)蔡司Axio Observer Z1M光學(xué)顯微鏡下觀察，按照“GB/T 10561-2005鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法”進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表3，檢測(cè)典型圖片見圖2。

使用美國(guó)FEI Q45W7掃描電鏡及牛津X-MAXN 80能譜，對(duì)拋光狀態(tài)下的試樣進(jìn)行掃描分析，確定材料中含有的夾雜物種類為A類（硫化物類）和D類（單顆粒球狀類）。掃描電鏡能譜下A類及D類夾雜物形貌及能譜分析結(jié)果見圖3，夾雜物主要為硫化錳，氧化鋁等。

4.2 顯微組織分析

在斷裂曲軸橫截面上取金相試樣，磨制其橫向截面，樣品經(jīng)過(guò)金相磨樣、拋光之后使用4%硝酸水溶液進(jìn)行腐蝕。肉眼可見貫穿熔覆區(qū)、熱影響區(qū)及基體的主裂紋。取樣部位及樣品宏觀形貌見圖4。

樣品在光學(xué)顯微鏡下觀察，熔覆層顯微組織形貌見圖 5（a）、5（b）。

基體組織形貌見圖6?；w組織為回火索氏體+少量屈氏體。

5掃描電鏡分析

5.1裂紋表面分析

金相試樣放入掃描電鏡中進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)貫穿熔覆區(qū)和熱影響區(qū)的裂紋周邊有雜質(zhì)。裂紋形貌見圖7（a），雜質(zhì)經(jīng)能譜分析為含錫夾雜，成分分析結(jié)果見圖7（b）。

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)熔覆區(qū)及熱影響區(qū)附近多處有含錫夾雜，激光熔覆材料的化學(xué)成分中沒有錫元素，曲軸的材質(zhì)中也不含錫元素，因此錫元素應(yīng)該為外來(lái)雜質(zhì)元素。像錫元素這樣的低熔點(diǎn)金屬元素的存在會(huì)對(duì)鋼性能造成的危害主要包括：（1）增加鋼的熱脆傾向，惡化鑄坯、鋼材的熱加工性能;（2）降低鋼的熱塑性，導(dǎo)致連鑄坯表面開裂;（3）造成低合金鋼的回火脆性和低溫脆性;（4）嚴(yán)重降低耐熱鋼的持久壽命和持久塑性;（5）在含氫氣氛中引起嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕。

5.2曲軸斷口分析

觀察曲軸裂紋處斷口，斷口上有貝紋線，裂紋處宏觀斷口形貌見圖8（a）。斷口SEM形貌見圖8（b）。經(jīng)能譜檢測(cè)在斷口附近有多處含錫夾雜，在背散射探頭下，淺灰色部位均為含錫夾雜，含錫夾雜的能譜分析結(jié)果見圖9。

6硬度檢測(cè)

經(jīng)腐蝕金相試樣能清晰的區(qū)分激光熔覆區(qū)、熱影響區(qū)和基體組織的分布。在金相試樣上進(jìn)行維氏硬度檢測(cè)，熔覆層硬度為253HV0.2，熱影響區(qū)硬度為389HV0.2，基體硬度為271HV0.2。

7結(jié)果分析

綜上檢測(cè)結(jié)果，斷裂源區(qū)附近發(fā)現(xiàn)大量含錫夾雜，主裂紋兩側(cè)均有含錫元素的夾雜。曲軸基體中未檢測(cè)出錫元素，可能是激光熔覆前曲軸件表面未清理干凈，由于低熔點(diǎn)錫元素的混入，造成曲軸使用壽命下降，夾雜物導(dǎo)致曲軸開裂。

參考文獻(xiàn)

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[3]潘強(qiáng)，韓維濤，徐衛(wèi)忠，等.新氫壓縮機(jī)十字頭銷斷裂的原因分析及應(yīng)對(duì)措施[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2014（06）：55-58.

[4]吳勇.整體式天然氣壓縮機(jī)十字頭破裂分析與處理[J].機(jī)械工程師，2012（09）：138-139.

收稿日期：2020-01-09

作者簡(jiǎn)介：趙雙雙（1987—），女，遼寧沈陽(yáng)人，研究生，工程師，主要從事金屬材料研究工作。

Fracture Failure Analysis of Crankshaft

ZHAO Shuang-shuang，JIANG Nan，DU Wen-le，SUN Ju

（Shenyang Yuanda Compressor Co.， Ltd.， Shenyang Liaoning 110027）

Abstract： Aiming at the fracture and damage of crankshaft in compressor operation， the fracture reason is analyzed.

Key words：crankshaft;fracture;compressor