十字頭銷斷裂原因分析

董振 趙雙雙

摘 要：針對(duì)某型新氫壓縮機(jī)運(yùn)行中十字頭銷發(fā)生斷裂破壞情況，對(duì)其進(jìn)行斷裂原因分析。

關(guān)鍵詞：十字頭銷;斷裂;新氫壓縮機(jī)

中圖分類號(hào)：TH457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）07-0094-02

1 概述

某公司投運(yùn)轉(zhuǎn)的某型新氫壓縮機(jī)，在運(yùn)行10個(gè)月左右，振動(dòng)幅度加大，檢查發(fā)現(xiàn)十字頭銷發(fā)生斷裂，斷裂發(fā)生于銷的中部。斷裂十字頭銷材質(zhì)為42CrMoE，表面進(jìn)行了氮化硬化處理，規(guī)格為φ240×470mm。為了分析十字頭銷斷裂的原因，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能、化學(xué)成分、金相組織等檢驗(yàn)分析。

2 檢驗(yàn)和分析

2.1 外觀檢查

斷裂十字頭銷的實(shí)物照片如圖1所示，從圖中可以看到斷口處有掉塊。圖2為十字頭銷外側(cè)銅襯套實(shí)物照片。從圖中可以看到銅襯套經(jīng)過摩擦、生熱，還發(fā)生了斷裂破損，銅襯套上還有大量小凹坑。銅襯套合金牌號(hào)為ZCuSn10Pb1。

2.2 化學(xué)成分分析

對(duì)斷裂十字頭銷進(jìn)行了化學(xué)成分分析，具體分析結(jié)果見表1。表1中同時(shí)列出了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的42CrMoE鋼的成分范圍。化學(xué)成分分析結(jié)果表明，十字頭銷的元素含量在合格范圍。

2.3 顯微組織分析

2.3.1 宏觀組織分析

在該十字頭銷斷裂面附近橫截面取樣，按照“GB/T 226-2015”，用1：1工業(yè)鹽酸水溶液腐蝕觀察其宏觀形貌。依據(jù)“GB/T1979-2001”評(píng)定，屬于一般疏松1級(jí)，中心疏松0.5級(jí)。符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.2 微觀組織分析

（1）非金屬夾雜物分析。在斷口附近表面取樣，磨樣、拋光，檢測(cè)試樣的非金屬夾雜物。按照“GB/T 10561-2005”進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

（2）顯微組織分析。在斷裂十字頭銷有裂紋的橫截面上取金相試樣進(jìn)行分析，取樣部位及樣品宏觀形貌見圖3（a）。圖中紅框位置為肉眼可見裂紋。樣品經(jīng)過金相磨樣、拋光之后使用3%硝酸酒精水溶液進(jìn)行腐蝕。在500倍下觀察，顯微組織形貌見圖3（b），基體組織為回火索氏體+少量塊狀鐵素體。十字頭銷表面經(jīng)過滲氮硬化處理，滲氮層深度約為0.56mm，氮化物級(jí)別為1級(jí)，脆性1級(jí)，氮化前原始組織為1級(jí)。氮化層硬度為531HV0.3。氮化層在顯微鏡下100倍檢測(cè)照片見圖4（a），500倍檢測(cè)照片見圖4（b）。

2.4 掃描電鏡分析

2.4.1 十字頭銷斷口分析

斷裂十字頭銷的斷口上明顯可見疲勞特征：疲勞源區(qū)，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和最終瞬斷區(qū)，如圖5。掉塊處即為裂紋源區(qū)，裂紋源區(qū)局部放大圖見圖6（a）。圖6（a）中可以看到明顯的疲勞弧線，它是疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段形成的與裂紋擴(kuò)展方向垂直的弧形紋。十字頭銷裂紋源附近銷表面照片見圖6（b）所示。銷面沿環(huán)向有銅襯套摩擦的痕跡，并有大量的表面裂紋存在，在圖中用紅色的線標(biāo)示出微裂紋。這些表面裂紋產(chǎn)生在主裂紋疲勞斷裂之前，也就是說，疲勞裂紋起源于這些表面裂紋。

將裂紋源處放大觀察，可以看到大量疲勞條帶，即可判定此斷口為疲勞斷口，見圖7所示。

2.4.2 裂紋表面分析

將帶有裂縫的金相試樣放入掃描電鏡，觀察十字頭銷裂紋形貌并檢測(cè)裂紋內(nèi)部雜質(zhì)成分，經(jīng)能譜分析為銅雜質(zhì)，檢測(cè)結(jié)果見圖8和表3。

2.5 力學(xué)性能檢測(cè)

在斷裂十字頭銷上取樣做拉伸、沖擊和布氏硬度試驗(yàn)。力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表4。表4中同時(shí)列出了新氫壓縮機(jī)技術(shù)條件要求的標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)果表明斷裂十字頭銷力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

綜上檢測(cè)結(jié)果，斷裂十字頭銷的力學(xué)性能、化學(xué)成分、金相組織均滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，斷裂十字頭銷表面有許多的微裂紋，微裂紋中有銅屑。可能是由于十字頭銷與襯套偏心發(fā)生撞擊摩擦，襯套剝落的銅屑進(jìn)入了裂紋。十字頭銷斷裂原因可能來自于工件安裝不良，潤(rùn)滑不好發(fā)生了干摩擦，十字頭銷因此局部過熱，在十字頭銷表面產(chǎn)生了微裂紋，這些裂紋在交變應(yīng)力下快速擴(kuò)展最終導(dǎo)致其斷裂。

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