34CrMo汽轮机主轴断裂失效分析

   日期:2020-09-01     来源:互联网    作者:中国铸造网    浏览:1132    评论:0    
核心提示:国内某汽轮机厂在进行汽轮机主轴动平衡试验时发生断裂事故,断裂时转速为3300r/min。为分析主轴断裂原因,

国内某汽轮机厂在进行汽轮机主轴动平衡试验时发生断裂事故,断裂时转速为3300r/min。为分析主轴断裂原因,避免进一步的经济损失,依照JB/T7025-93对事故主轴材料34CrMo进行性能分析。

主轴材料34CrMo采用电炉+真空精炼方法冶炼,浇铸后经过镦粗、锻造、粗加工、调质热处理、精加工等工艺加工成准500mm×5300mm的汽轮机主轴,该轴单件质量为5380kg。

在动平衡试验过程中,主轴在低速转动阶段摆架振动及各项参数均正常;试验机筒体抽真空后,转子转速提高至3000r/min,记录参数正常;转速提高至3300r/min,振动无异常,但是主轴转子瞬间发生断裂;断口区域的裂纹起裂区和扩展区分布明显;转子断口边缘有明显的剪切拉边痕迹,与主轴线方向呈45°夹角,分布在起裂区附近。

经检验,主轴锻件的化学成分和力学性能满足标准JB/T7025-93的规定要求。

主轴断裂段从表层到心部的材料强度逐渐下降,内部材料的屈服强度最低仅为305MPa,靠近心部有较多的非调质组织,即主轴材料从表面到心部的调质组织是不均匀的。

主轴断裂位置为横向断裂,断面位于靠近转子侧的变直径台阶附近,断面附近靠支撑侧细直径段有明显的弯曲变形。根据该形貌特征可知,主轴断裂过程受到非常大的弯曲载荷,载荷使主轴转子发生整体屈服变形,因此主轴属于过载后整体屈服断裂,是在受到异常冲击性载荷的情况下发生的一次性快速断裂。根据转子结构分析,这种弯曲载荷的方向是转子转动时产生离心力的方向。

从断口宏观分析可看出,全断面呈银灰色和有金属光泽的新鲜断口,主轴宏观断口上没有观察到白点、缩孔、大面积疏松等异常材料制造缺陷,断面上不存在大尺寸的初始缺陷,断面参差不齐,有清楚的辐射状花样指明主轴断裂的方向。起裂边部有一相当宽的拉边区,拉边区为斜断口,断面与横向主断面呈45°交角。拉边是通常出现在过载断裂件边部平面应力状态区的断口特征。拉边区往内是正断区,断面垂直于最大正应力方向,呈辐射状断口花样,是平面应变断裂区,这也是大尺寸轴件在大应力下过载韧性断裂的特征之一。终断区断口参差不齐,应力状态非常复杂,伴随撕裂。断口显微分析也证明主轴属于一次性过载断裂。拉边起始表面可以看到很多平行于断口面的撕裂纹,断口微观形态相似,边缘部斜断口为韧窝状断口。其中边部平面应力断口区为正常的韧窝断口,表面附近的韧窝断口为浅的剪切型韧窝;断面辐射状断口区为解理断口,内部平面应变断口区以解理断口为主。主轴中部区域断口上的解理小面尺寸较大,应该与轴中心部材料组织相对较粗有关。断面没有观察到冶金异常和热处理缺陷断口的痕迹,也没有看到疲劳断口的痕迹。(榕霖)


 
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