滑動支持軸承巴氏合金失效機理分析及預防措施研究

安海陽，張曉東，趙衛軍，文圓圓

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000）

0 引言

汽輪機機組的滑動支持軸承，承擔著支撐核心部件轉子的作用，它由本體和巴氏合金組成。巴氏合金在機組中盡管數量很少卻至為關鍵[1]。因其一旦失效，對機組運行安全的影響將是巨大的，輕者導致軸頸拉毛，重則使轉子軸系標高下降，造成通流部件的嚴重損傷[2]。某電廠在機組正常運行期間，#2支持軸承金屬溫度驟然升高至135℃致使機組非停。通過翻瓦檢查，發現軸承巴士合金已嚴重損壞并存在分層現象，其中下瓦因承擔載荷的原因，約50%巴士合金脫落基體失效。此次事故發生在機組正常運行期間，且機組此前并未有異常動作或征兆，初步分析與軸承巴氏合金性能有關，因此對軸承下半的合金進行分析。

1 材料檢驗及原因分析

對該事故軸承材料檢驗內容包括化學成分，基體和巴氏合金層的結合情況以及組織分析三方面。具體分析結果如下：

（1）化學成分檢查，在碾瓦后的巴氏合金層中取樣。相對與該巴氏合金層材料，化學成分分析結果顯示合金層中Cu、Fe、Pb元素偏高，Sb元素偏低。

（2）基體和巴氏合金層的結合檢查，對試樣上軸承瓦體和巴氏合金層結合面進行觀察，發現試樣的結合面出現了脫巴的現象（詳見圖1）。

圖1 脫巴現象

（3）巴氏合金層的組織分析，對各個試樣的巴氏合金層的組織進行分析后，發現各個試樣巴氏合金層的組織均為黑色基體α相+少量的方塊狀β相+點狀或者針狀的ε相，瓦體和巴氏合金結合面均發現了脫巴現象，且存在因脫巴引起的裂紋，詳見圖2，同時碾瓦區域，其黑色基體α相的晶界明顯粗化。

圖2 組織分析

1.1 原因分析

合金層中Cu、Fe、Pb元素偏高，Sb元素偏低。這與軸承的制造工藝密切相關，由于采用離心澆注方式進行制造，澆注后，在巴氏合金層的冷卻過程中，若工藝不當，因Cu和Sb等元素的比重差異較大，在離心力作用下，極易發生偏析，從而導致在合金層取樣時主要的Cu和Sb偏離規范值。

通過對組織、瓦體和巴氏合金結合面的結合情況進行分析，發現存在脫巴現象，并且在脫巴區域發現了因脫巴引起的裂紋，巴士合金產生脫巴后，轉子和軸承的間隙發生變化，在相對運動時導致碾瓦產生，在后續繼續碾瓦過程中，巴氏合金產生裂紋[3]。

通過如上分析，該軸承發生碾瓦事故是因為軸承巴氏合金成分偏析及脫巴造成的。脫巴與軸承的制造、使用都存在關系。由于篇幅所限，本文就加工過程中預防脫巴問題結合個人工作經驗闡述如下。

2 加工中預防脫巴措施

（1）基體含碳量過高，碳元素對巴氏合金與本體的結合是有害的，碳含量越高，結合能力越差。通常的輔助工具如澆包采用鑄鐵類工件制造，目的是防止巴氏合金粘結到工具上造成成本損失；而要提高結合強度，就必須采用低碳鋼如25鋼、20鋼等材料作為基體材料[4]。

（2）本體殘余應力過高，基體鍛件來料時余量較大，致使加工去除量過大，而加工后未進行去應力處理。 應力過大容易造成巴氏合金脫殼，因此，需要增加來料或加工過程中的去應力處理的工序。

（3）巴氏合金加工余量過大，瓦體澆巴上下半分割后，車削過程并沒有按原澆巴配對車削，上下半巴氏合金厚度不均勻[5]。巴氏合金粗車過程一刀切，造成較大的加工余量形成擠壓脫殼。

3 結語

軸承巴氏合金出現失效問題，終究與材料、工藝、制造及使用過程的控制問題相關。通過合理更改材料、調整熱處理工序、優化操作等方面的技術改進，可以解決巴氏合金的失效，從而增加軸承的強建性，提高其在實際使用過程中應對惡劣工況的容錯率。