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浏览:- 发布日期:2023-02-21 15:22:05【

刘桂连,高焕丽,汤秋美,王传志 

(北京燕华工程建设有限公司,北京 102502

摘 要:采用宏观观察化学成分分析硬度测试力学性能测试金相检验扫描电镜分析等方 法对某氢气增压机活塞杆断裂原因进行研究结果表明:活塞杆的断裂原因为原材料热处理工艺 不当,导致活塞杆的力学性能降低;在高周循环应力作用下,活塞杆发生疲劳断裂最后提出了相 应的改进建议,以供相关人员参考

关键词:氢气增压机;活塞杆;力学性能;热处理;疲劳断裂 中图分类号:TG115.5 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)10-0054-04

氢气增压机组的作用是氢气压力高后到氢气管网,供其他炼油工装置使机的平稳运行直接影响到其他氢气装置的安全长周期运行,如发生故障会造成其他装置的非计 划停车[1]氢气增压机为对称平衡型活塞压缩机,额定转速 300r/min,360mm使用 说明书图纸,,尾端与十字头连接(见图1)。要求塞杆安装后,在弹性变形范围内,承受定的预拉应力工作时,尾端与活塞杆的往复运动周 期同步,再随着十字头的往复运动,其承受的周期拉应 力增加氢气增压机工作时,活塞杆尾端应力状态在 周期拉应力+预拉应力和预拉应力之间循环往复。 

某氢气增压机在工作过程中其活塞杆发生断 ,为了查明断裂原因,笔者对其进行了一系列理化 检验,并提出了改进措施。 


1 理化检验

1.1 宏观观察

活塞杆止推圈活塞杆带压力体部分宏观形貌 如图2所示断裂活塞杆直径为51mm,活塞杆材 料为42CrMoE,断裂部位在其尾端,使用约2a

止推圈材料为42CrMo活塞杆两侧断口外圆边缘均有卷边现象,边缘 存在锯齿状形貌,断口截面约有一半为平滑区,剩余 一半断面可见塑性变形活塞杆尾端断口与止推圈 内圆面宏观形貌如图3所示。 

活塞 杆 尾 端 断 口 颈 缩 现 象 明 显,直 径 减 小 了 0.5~0.7mm外圆面(与止推圈内 )止推圈的两个半圈与活塞杆对应处有明显磨损 痕迹,磨损痕迹沿轴向长度不等,在止推圈与活塞杆 尾端接触的平端面有一圈光亮的冲击压痕,压痕有 明显的塑性变形,局部压痕有车刀纹痕迹,其他部位 未见车刀纹痕迹,压痕外圈直径与活塞杆尾端尺寸 一致,压痕的车刀纹与活塞杆车刀纹一致,压痕深度 不一致


1.2 化学成分分

按照 GB/T201232006 钢 铁 总 碳 的测 定 高 频 感 应 炉 燃 烧 后 红 外 吸 收 法GB/T 223.592008 钢铁及合金 磷含量的测定》、GB/ T223.52008 GB/T223.792007 X-线 ()GB/T142032016 发射光谱分析法通则,塞杆及止推 圈 的 材 料 进 行 化 学 成 分 分 析,结 果 如 1所示

1.3 硬度测试 

按照 GB/T230.12018 金属材料 洛氏硬度 试验 第1部分:对活和止推圈分别 进行硬度测试,21.4 力学性能测按照 GB/T228.12010 金属材料 拉伸试验 1部分:室温试验方法GB/T2292020 属材料 夏比摆锤冲击试验方法》,冲击试样,分别进行室温拉伸和冲击试验,结果如表 3所示。 

1.5 金相检验 

按照 GB/T132982015 金属显微组织检验 方法GB/T105612005钢中非物含 量的测定 标准评级图显微检验方法,止推圈不同位置分别进行金相检验(1)利用光学显微镜对活塞杆尾端端面的非金 属夹杂物与显微组织进行观察非金属夹杂物级别 :B类氧化铝级别,细系0.5;D 类环状氧化物 级别,粗系0.5回火索氏体+铁素 ,晶粒度等级8(4)。 (2)活塞杆尾端断口进行观 ,+素体,口附外圆 表面组织为回火索氏体,组织不均(5)(3)行观察, 发现组+(6)。 

1.6 扫描电镜(SEM)分析

对活塞杆尾端断口进行SEM 分析,结果如图7 所示由图7可知:瞬断区及其与平滑区分界线处 存在大量微裂纹;平滑区未见微裂纹;贝纹线不清 ,疲劳辉纹方向与疲劳裂纹扩展方向一致;未发现 较集中的非金属夹杂物

2 综合分析

起裂位置在活塞杆外圆表面附近,由外圆表面 向心部扩展,裂纹扩展到一定程度后,由一侧向另一 侧扩展瞬断区及其与平滑区分界线处存在大量微裂 ,说明该处所受载荷大于极限强度,造成活塞杆先 变形后断裂,符合瞬断特征平滑区未见微裂纹,明平滑区是累积损伤造成的由断口分析可知,该断裂属于髙周或超髙周疲 劳断裂综上所述,可以判断活塞杆的断裂过程如下所 (1)活塞杆尾端部位有伸长变形,活塞杆承受 拉应力(2)在 工 作 过 程 中,活 塞 杆 尾 端 部 位 承 受 300/min的拉应力交变载荷(3)由于活塞杆尾端力不足,使疲劳裂 纹萌生(4)活塞杆表面或近表面产生微裂纹,随着交 变载荷的作用,裂纹逐渐扩展活塞杆尾端断口具有髙周或超高周疲劳裂纹的 特征,裂纹的起源位置与工件结构工件表面的加工 精度表面及近表面的缺陷表面及近表面的硬度均 匀性等有关(5)随着疲劳裂纹的扩展,活塞杆开始产生塑 性变形塑性变形使活塞杆尾端与止推圈之间产生 间隙,在随后的工作过程中,活塞杆与止推圈之间相 互碰撞,并留下了接触磨损痕迹活塞杆硬度高于止推圈硬度,在止推圈表面产生 了明显的撞击痕迹;活塞杆与止推圈之间出现了间 ,使撞击痕迹深度不一致,在缺口部位深度较大(6),且拉,断裂


3 结论及建议

(1)的热准要 ,,使,,使 寿命(2)活塞杆尾端受拉应力循环载荷作用,最终 发生高周或超髙周疲劳断裂(3)建议制造商调整活塞杆的热处理工艺,及时跟踪产品的性能(4)建议用户在检修期间增加活塞杆的检验次 安装伸长量进行准确 记录,

文章来源:材料与测试网

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