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郑州高氏电磁感应加热设备有限公司

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    某电站风机工作中发生早期失效断裂。风机轴材料为45钢。失效前发现风机轴偏斜,并与风机罩发生摩擦,同时发现该风机振动严重。其水平振动为50-60,垂直振动为40-50,为一般风机振动幅度的2-3倍。


    经检验发现,宏观断裂起源于断口面的三处缺陷处,工件受旋转弯曲交变应力作用使裂纹扩展,超过轴颈1/2位置处后,裂纹迅速发展至工件断裂。断口疲劳源区光亮平滑,疲劳区形貌相似,但有疲劳弧线分布,弧线圆心指向断裂区。断裂区断口粗糙,呈脆性结晶状断口,该断口为疲劳断裂特征。经扫描电镜观察,在裂纹起始区发现许多微观台阶与台阶状河流花样形貌。分析认为,工件缺陷处存在局部较大应力,促使疲劳裂纹萌生和扩展形成上述台阶形貌;裂纹扩展区域呈沿晶解理断裂,具有明显的珠光体解理形貌特征。金相观察发现,缺陷部位表层白亮组织为细小珠光体+铁素体组织,黑色组织为淬火板条马氏体组织,基体组织为铁素体+珠光体+魏氏体组织。组织分析表明,缺陷部位组织为焊接组织,表层是低碳钢焊接组织,铣素体含量高,而珠光体含量低(焊条成分近似20钢),表层铁素体+珠光体内为45钢基体淬火组织。


    分析认为,轴断裂起源处在表面焊接缺陷部位。焊接中存在严重虚焊点,这些缺陷使工件力学性能连续性破坏,产生严重应力集中,成为裂纹源并成为疲劳断裂的主要原因。通过上面检验观察可知,裂纹在缺陷根部产生,在严重应力集中作用下,形成致密状裂纹,裂纹扩展伴随台阶形貌形成并出现微裂纹。风机轴在旋转弯曲应力作用下,使疲劳裂纹进一步扩展,由于材料脆性较大,工件断裂呈沿晶解理断裂。另一方面,金相组织中工件珠光体含量偏高,并且有明显的魏氏组织缺陷,魏氏组织出现与工件加热温度偏高和冷却过快相关,出现魏氏组织使工件疲劳强度下降,促使工件早期断裂。此外,该风机运行中振动过大,工件附加振动疲劳应力,与旋转弯曲疲劳联合作用,也导致风机轴疲劳寿命降低。


    根据以上分析,提出技术改进措施如下:


    (1)采用小型高频加热设备进行焊接热处理时,应严格焊接工艺和质量,杜绝虚焊等缺陷,焊后检验严格把关,确保焊接部位工件质量。


    (2)应严格风机轴的感应热处理工艺,消除魏氏组织,保证工件金相组织和性能良好,符合技术要求。


    (3)改进风机装备安装和运行保养维护,保证风机在良好状态下运行,减少和消除风机振动危害。


    采用小型高频加热设备进行热处理后,风机轴早期断裂失效缺陷不见了,成功消除了魏氏组织,经众多实践证明,其工作性能大大提高,生产运行良好,使用寿命也是原热处理的2-3倍。