您好,欢迎来到郑州曰佳智能科技有限公司官网!!

致力于感应加热设备的研发、制造

提供专业的的高频加热智能技术与服务,帮助客户实现更高、更快的价值成长
全国咨询电话【微信同号】:

13937161061

您的位置: 首页 » 新闻中心

钢渣浆泵主轴早期疲劳断裂分析及工艺改进措施

作者:管理员 发布日期: 2021.05.19 浏览:64

 发电厂渣浆泵主轴是渣浆泵的重要零件工件材料为45 钢,转速为900r/min渣浆泵输送物料为水煤灰, 煤灰粒度60,固液比为0.4:1(质量比),泵设计扬程10m, 2级串联运行,主轴结构为阶梯轴,输出端加工成T形螺纹结构,螺纹底部轴径为φ100mm。生产中发现工件运行行不久发生早期断裂,断裂出现在轴与叶轮配合部位处即T形螺纹一级根部。该处是主轴次大受力面,而且该处存在严重应力集中缺陷。


    断口检验发现,主断口断面齐平,与断轴轴线基本垂直,断口中绝大部分为裂纹扩展区,瞬断区面积仅占8%;,许多裂纹自表面起裂, 呈多裂纹特征。裂纹在轴的两侧汇合形成撕裂台阶,台阶高度约为梯形螺纹一个螺距大小,起始裂纹与轴向呈45%发展,延伸-段后与轴向呈垂直方向扩展,可以观察到断面上裂纹扩展产生的微小台阶,这些台阶垂直于断裂区;,同时发现,裂纹扩展一定长度后出现工件瞬间突然断裂,贯穿主轴直径,宽度约5 ~7mm,断面平齐且形貌粗糙,和轴线呈垂直状态。分析认为,主轴断裂为多向弯曲疲劳断裂。由于工件上T形螺纹根部存在严正加工刀展和表面龟裂,实际上已出现裂纹源,断裂由此开始,并在交变弯曲载荷应力作用下迅速向根部扩展,使工件很快断裂,因而主轴疲劳寿命大大缩短,出现早期失效。


    微观形貌分析和观察证明了上述分析。微观扫描电镜观察发现,裂纹起源于螺纹根部加工裂纹和表面剥离处并向内扩展,产生细小的放射线。裂纹从表面加工裂纹和螺纹根部交界处起裂并迅速扩展产生台阶,在两个台阶间对应一个较大加工裂纹,其特征为典型的解理断裂。微观观察到珠光体片的解理形貌,在裂纹开始处台阶和裂纹快速扩展区出现大量二次沿晶裂纹。这些裂纹产生与主轴热处理后晶粒祖大及网状铁素体缺陷有关。


45钢主轴热处理工艺为正火+回火,处理后显微组织为铁素体+珠光体,珠光体晶粒度为4级,组织中发现有少量魏氏组织。常规45钢正火后组织珠光体晶粒度为8-10级。分析认为,该主轴热处理加热温度偏高,热处理后形成粗大珠光体和铁索体,并产生少量魏氏体组织缺陷。粗大珠光体组织与网状铁素体在工件变形时不协调,使应力集中产生,加工时易出现表面裂纹。


分析认为,主轴早期断裂原因如下:


(1)断轴表面明显的加工刀痕和表面类裂紋为疲劳断裂提供了疲劳源,疲劳裂纹从这些裂纹与螺纹根部交界处扩展。


(2) 断轴金相组织呈粗大珠光体和网状铁索体,裂纹扩展速度变大;在裂纹扩展前沿,网状铁索体极易形成微裂纹,加速疲劳裂纹扩展;同时,在疲劳裂纹扩展前沿产生应力集中,使实际应力水平增高,严重降低主轴疲劳寿命。


(3)主轴运行偏离设计点,增加了叶片运动阻力,使主轴交变弯曲应力升高;同时轴表面,特别是螺纹根部存在类裂纹且应力集中严重,因而螺纹根部和类裂纹前沿尖部,其实际应力远远大于名义应力,导致疲劳裂纹急速扩展并发生断裂失效。


根据以上分析,提出工艺改进技术措施如下:


(1)提高和改善主轴加工精度,消除和防止出现相糙加工刀痕和螺纹根部类裂纹等缺陷,以减少应力集中,防止裂纹萌生扩展隐患。


(2)改善热处理工艺和组织,防止出现粗大珠光体和网状铁素体缺陷组织。这些缺陷组织极易产生微裂纹,并产生应力集中和加快裂纹扩展,使工件疲劳寿命严重下降。


(3)改善工件运行状态,使工件在正常工况下运行,延长主轴使用寿命。


采用上述措施后,主轴加工质量和热处理质量优良,未发现裂纹开裂早期失效现象,生产运行正常。