某熱電廠減速機(jī)的高速軸在運(yùn)行中發(fā)生斷裂,通過對斷軸進(jìn)行宏觀檢驗、化學(xué)成分分析、表層能譜分析、硬度檢驗、金相檢驗以及力學(xué)性能測試,并結(jié)合減速機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行分析,結(jié)果表明,高速軸的制造質(zhì)量不合格。由于其表面滲氮層中存在大量微裂紋和針狀組織,在運(yùn)行期間,微裂紋發(fā)生擴(kuò)展,造成表層金屬剝落,形成應(yīng)力集中,最終導(dǎo)致高速軸出現(xiàn)疲勞斷裂。針對斷裂的原因,提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。關(guān)鍵詞:高速軸滲氮層微裂紋疲勞斷裂doi:10.3969/j.issn.1006－8805.2019.02.007某熱電廠7號鍋爐的乙側(cè)磨煤機(jī)正常運(yùn)行電流為72.45A,在運(yùn)行過程中電流瞬間降低至34.31A,經(jīng)現(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn),乙側(cè)磨煤機(jī)的電機(jī)仍在運(yùn)行,但磨煤機(jī)的減速機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn),確認(rèn)減速機(jī)的高速軸已經(jīng)發(fā)生斷裂(位于3瓦軸承側(cè))。高速軸為減速機(jī)原裝的齒輪軸,于2008年投用,材質(zhì)為37SiMn2MoV。為查找高速軸的斷裂原因,進(jìn)行了以下檢驗分析。1檢驗與分析1.1宏觀檢驗高速軸斷裂于減速機(jī)輸入端的軸承安裝部位,軸徑160mm,斷裂面靠近軸肩處,距倒角處約3~5mm,見圖1~圖2。由圖可見,斷口整體較為平齊,可區(qū)分出裂紋源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū),裂紋源區(qū)有貝殼狀條紋,并伴有多條撕裂棱,具有多源疲勞開裂特征【1】。

　　斷口上瞬斷區(qū)的面積不足橫截面積的20％,由此可斷定該高速軸斷裂前并未出現(xiàn)明顯過載現(xiàn)象,見圖3~圖6。斷軸外表面存在明顯的金屬剝離痕跡,剝離層沿圓周分布,與軸承的安裝位置基本對應(yīng),剝離層厚度為1~2mm,見圖7~圖8。圖1齒輪側(cè)斷軸圖2軸承側(cè)斷軸圖3齒輪側(cè)斷口1.2化學(xué)成分分析在斷軸芯部取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果(見表1)顯示,斷軸的化學(xué)成分符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077—1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》中關(guān)于37SiMn2MoV的規(guī)定。動設(shè)備石油化工設(shè)備技術(shù),2019,40(2)·23·Petro-ChemicalEquipmentTechnology萬方數(shù)據(jù)圖4軸承側(cè)斷口圖5裂紋源區(qū)的放射狀條紋(6.5×)圖6擴(kuò)展區(qū)的條帶形貌(6.5×)圖7軸承接觸部位的表面剝離層圖8斷軸橫向截面上的剝離層(6.5×)同時,對斷軸表面取樣進(jìn)行碳含量檢測,結(jié)果顯示,其表面含碳量為0.26％,明顯低于基體的碳含量0.39％。表1斷軸芯部化學(xué)成分分析結(jié)果w,％元素檢測結(jié)果GB/T3077—1999范圍C0.390.33~0.39S＜0.001≤0.035Mn1.701.60~1.90Si0.720.60~0.90P0.029≤0.035Cr0.12≤0.30Mo0.370.40~0.50V0.080.05~0.121.3能譜分析由于斷軸表面的碳含量明顯低于基體,初步分析斷軸表面可能進(jìn)行了化學(xué)處理。