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1、2008年10月材料开发与应用71文章编号:10031545(2008)05007106冰箱压缩机阀片断裂失效分析121付玉彬,单向东,宰学荣(1.中国海洋大学,山东青岛266100,2.青岛海尔股份有限公司,山东青岛266101)摘要:压缩机是冰箱的心脏,压缩机阀片的断裂失效可引起制冷系统严重故障。本文利用表面应力分析、金相组织和显微硬度分析、成分分析等方法,以及三维视频光学显微镜、扫描电子显微镜等,研究了阀片断裂的特征和机制。断口和裂纹分析表明,阀片失效是疲劳断裂机制,断口具有明显的疲劳扩展
2、区和多处裂纹源。阀片的材质和组织正常。阀片表面的局部损伤容易引起断裂。塑料垫片和阀片形状设计对断裂失效有重要影响。在上述分析的基础上,提出了质量改进措施并取得了良好效果。关键词:压缩机阀片;疲劳断裂;失效分析;质量改进中图分类号:T142.1文献标识码:A压缩机是冰箱的心脏,阀片是影响压缩机可阀片,阀片材质采用瑞典Sandvik冷轧淬火阀片靠性的关键部件之一。冰箱压缩机阀片,尤其是钢带,厚度为0.203mm。正常吸气阀片可分为吸气阀片经常发生断裂失效,导致压缩机的非正两类,设计样式略有不同。第一类阀片的特征是常停
3、机和其他零件的损坏,甚至引起整个冰箱的其中间舌头下部有分叉(图1a箭头),象两条腿,停用、报废,造成经济损失。简称腿部,这类阀片使用2~3年后,中间舌头簧关于压缩机阀片的失效分析研究时有报道。片的腿部和圆形头部断裂失效较多。第二类阀但一般都是针对大型压缩机,关于家电用小型压片的特征是其中间舌头下部无分叉(图1b箭缩机阀片失效分析的研究却未见报道。同时,压头),这类阀片断裂失效较少。缩机不同,阀片的形状和设计也不同,引起断裂吸气阀片断裂位置主要在头部和腿部位置的因素也不完全相同。断裂(图1c)。阀片的腿部断裂主要在阀片腿部
4、目前,人们尚不清楚冰箱压缩机吸气阀片断与黑色塑料垫片边缘位置处(图1a箭头位置),裂失效的真正原因,也无法进行技术改进,提高头部位置的断裂比较复杂,有的裂成多个碎片,可靠性。因此,为了提高产品质量,迫切需要开有的在头部边缘形成豁口,并有少量变形,有的展冰箱压缩机吸气阀片断裂失效分析及技术改在头部水平断开等等,如图1c所示。进研究。本文采用阀片应力分析、材质、金相组1.2阀片工作条件织、断口和裂纹分析、形状设计分析等方法,对冰阀片一侧是阀板,系铁基粉末冶金压铸件,箱压缩机吸气阀片的断裂失效进行研究。另一侧是黑色塑料垫片。
5、吸气阀片工作频率约2900~3000r/min,相当于50次/s;压缩机腔内1实验材料与方法的工作温度为120~150,有些失效阀片表面颜色发蓝,这说明实际工作温度可能更高。正常工1.1实验材料作情况下,排气和吸气位置的压力大约为10大冰箱用压缩机为容积式全密封,制冷剂为气压,但如果阀片表面出现积碳或积液等现象,R134a。实验用正常阀片和断裂阀片均为吸气可能会引起系统温度升高或压力变化。收稿日期:20080222通讯作者:付玉彬,博士。中国海洋大学材料科学与工程研究院。电子邮件:ffyybb725@vip.s
6、ina.com.72材料开发与应用2008年10月1.3实验方法阀片金相组织结构分析主要依据国家标准阀片材质分析主要根据国家黑色金属材料GB/T13298-1991∀金属显微组织检验方法#进分析标准进行,分析仪器为电感耦合等离子体光行。非金属夹杂物按照GB/T10561-2005∀钢谱仪(简称ICP光谱仪)。利用三维视频光学显中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检微镜(德国蔡司公司),低倍观察失效阀片断口形验法#进行。显微硬度分析主要依据国家标准貌和表面质量状况。利用高倍扫描电子显微镜GB/T4340.
7、1-1999∀金属维氏硬度试验第1部(日本电子公司),观察断口特征和裂纹特征,分分:试验方法#进行测定,试验力为0.9807N析断裂过程和断裂机制。(100g)。每一个样品,测试5个位置,取平均值。X射线表面残余应力主要根据国家标准GB7704-87(X射线应力测定方法),测定失效2结果阀片和正常阀片表面的残余应力,测试仪器设备为日本理学电机公司2904-A1型X射线应力2.1阀片的材质分析仪。测试条件:加速电压30kV,辐射CrK线,衍阀片材质分析结果如表1所示。第一类阀射晶面取Fe(211)晶面,应力常
8、数K=-318片测试3个样品,其中一个是正常样品,还未装MPa,加速电流10mA,计数率5000cps,扫描速度机使用,两个样品已经装机使用,但已断裂;第二4!/min。类阀片测试一个正常样品。表1几种阀片的材质分析结果(w)%样品CSiMnSP第一类正常阀片0.9420.2910.404<0.0050.025第一
