循環(huán)泵泵殼破裂原因分析

韓玉龍

（山西省機電設(shè)計研究院有限公司，山西太原 030009）

0 引言

HT250 是一種常見的材料，被廣泛用于要求高強度和一定耐蝕能力的泵殼、容器、塔器、填料箱本體等，還可用于制作機床床身、立柱等。

某熱力公司在使用循環(huán)泵時，1 臺循環(huán)泵發(fā)生泵殼破裂事故。該泵殼材料為HT250，為查明泵殼破裂的原因，通過對發(fā)生破裂的泵殼進行外觀檢查、力學性能試驗分析、硬度試驗分析、金相顯微組織分析和泵殼強度有限元分析，對破裂的泵殼進行了相關(guān)試驗分析研究。

1 過程與結(jié)果

1.1 外觀檢查

對發(fā)生斷裂的泵殼進行外觀檢查，可見泵殼上存在縱向連續(xù)裂縫，蝸形體隔舌的舌角一側(cè)存在連續(xù)裂縫，泵殼縱向連續(xù)裂縫如圖1 所示，泵殼另一側(cè)如圖2所示，蝸形體隔舌的舌角頂側(cè)如圖3 所示，蝸形體隔舌的舌角一側(cè)連續(xù)裂縫如圖4 所示。

圖1 泵殼縱向連續(xù)裂縫

圖2 泵殼另一側(cè)裂縫

圖3 蝸形體隔舌的舌角頂側(cè)裂縫

圖4 蝸形體隔舌的舌角一側(cè)連續(xù)裂縫

1.2 泵殼材料分析

對泵殼材料進行力學性能試驗分析、硬度試驗分析、金相顯微組織分析。截取泵殼支撐腳部分材料，測得支撐腳底板部分的厚度為44 mm。泵殼材料的力學性能拉伸試驗試樣制樣（試樣編號為1、2）、硬度試驗試樣制樣（試樣編號為3、4）、金相顯微組織分析試樣制樣。

1.2.1 加工試樣外觀檢查

泵殼材料機加工試棒加工面上可見彌散分布的孔洞，泵殼鑄件存在疏松缺陷，編號為1 的機加工試棒如圖5 所示，編號為2 的機加工試棒如圖6 所示。

圖5 編號為1 的機加工試棒

圖6 編號為2 的機加工試棒

1.2.2 力學性能試驗分析

對泵殼材料進行力學性能試驗分析，力學性能泵殼材料抗拉強度試驗結(jié)果見表1。試驗結(jié)果表明，泵殼材料拉伸試驗抗拉強度試驗值低于標準[1]規(guī)定的HT250 材料最小抗拉強度要求。

表1 泵殼材料抗拉強度

1.2.3 硬度試驗分析

對泵殼材料進行硬度試驗分析，泵殼材料硬度試驗結(jié)果見表2。試驗結(jié)果表明，泵殼材料的硬度試驗值低于標準[1]規(guī)定的H215 灰鑄鐵硬度要求。

表2 泵殼材料硬度試驗

1.2.4 金相顯微組織分析

對泵殼材料進行金相顯微組織分析，泵殼材料金相顯微組織結(jié)果表明，石墨類型為A 類型（片狀石墨呈無方向性分布、有部分粗大厚片狀石墨分布），石墨長度為3 級，珠光體數(shù)量為2級（珠95，珠光體數(shù)量＜98～95%），碳化物數(shù)量為1 級，磷共晶數(shù)量為2 級，石墨分布形態(tài)1×100 如圖7 所示，石墨分布形態(tài)2×100 如圖8 所示，基體組織1×100 如圖9 所示，基體組織2×100如圖10 所示。

圖7 石墨分布形態(tài)1×100

圖8 石墨分布形態(tài)2×100

圖9 基體組織1×100

圖10 基體組織2×100

1.3 泵殼強度有限元分析

事故時運行工況泵殼強度有限元分析結(jié)果表明，隔舌起始部位、隔舌的舌角部位及蝸形體內(nèi)流道隔板部分的上邊部為應(yīng)力較高的區(qū)域，是泵殼易發(fā)生破壞的區(qū)域，泵殼應(yīng)力場云圖如圖11 所示。

圖11 泵殼應(yīng)力場云圖

2 分析與討論

泵殼材料力學性能拉伸試驗及硬度試驗結(jié)果表明：泵殼材料拉伸試驗抗拉強度值低于標準規(guī)定的HT250 材料抗拉強度要求，泵殼材料的硬度試驗值低于標準規(guī)定的H215 灰鑄鐵硬度要求。由此表明，該HT250 材料的泵殼強度明顯偏低，塑性、韌性較差。

泵殼材料機加工試棒加工面上可見彌散分布的孔洞，泵殼鑄件存在疏松缺陷。泵殼材料金相組織中，石墨長度3 級，石墨長度較長，部分粗大厚片狀石墨，為不良石墨形態(tài)。泵殼鑄件存在疏松缺陷，與泵殼材料組織中的不良石墨形態(tài)有關(guān)。泵殼材料金相組織中的不良石墨形態(tài)分布，泵殼鑄件存在疏松缺陷，對泵殼力學性能產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié)束語

循環(huán)泵泵殼破裂的主要原因：泵殼材料金相組織中的不良石墨形態(tài)分布，泵殼鑄件存在疏松缺陷，對泵殼力學性能產(chǎn)生不利影響。泵殼材料不滿足泵的使用工況。