汽轮机轴承烧瓦与轴劲的渗巴氏合金现象.doc

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1、汽轮机轴承烧瓦与轴劲的渗巴氏合金现象刘显惠范华(东方汽轮机厂材料试验室,四川德阳618201)       摘 要:简述轴承工作性质,巴氏合金应用与相组成的基本情况。论述汽轮机转子在两个电厂长期运行后，由于轴颈发生的不正常摩擦损伤，在大修改造中由无损检查、机械加工揭示出轴颈存在严惩的渗巴氏合金现象，低熔点金属Sn、Sb与Cu向转子材料晶界的深层渗入最终导致了3根大型在投转子的严惩开裂与报废。图11表2       关键词：汽轮机；轴承；巴氏合金；磁粉显示；机械加工；裂纹；脆性1　前言　　轴承是汽轮机的关键部件之一，在循环润滑油的润滑与冷却作用下，对重载而高速运转的汽轮机转子起支承作

2、用。　　轴承轴瓦在工作时，除了和轴颈造成磨损外，还要随轴颈传给它的载荷，因此轴承瓦块材料应当有小的摩擦系数，抗磨性好并有足够高的抗压强度和韧性。故要求该轴承合金的组织中，在相当软的基体上分布着一定大小高硬度的相组成物。铸造锡基巴氏合金ZSnSb11Cu6符合这种组织要求，是一种最优秀的轴承合金。和所有巴氏合金相比，ZSnSb11Cu6具有最小的线膨胀系数，导热系数比铅基合金大30％～60％，有最高的耐蚀稳定性及较高的疲劳强度，适合于承受负荷特别高、HB300左右中等硬度的转轴运转，因而它作为轴承巴氏合金在汽轮机中广泛用作转子支承轴承的轴瓦。　　汽轮机在电厂的运行中，断油烧瓦而使轴承

3、巴氏合金熔化的事情时有发生。一般情况下，均采取换瓦或重新浇巴来解决问题，而很少对汽轮机轴颈的材质变化给予足够的关注，汽轮机轴颈的渗巴氏合金现象则更是鲜为人知。　　但在2000年底至2001年短短的几个月中，东方汽轮机厂先后接受了来自2个电厂的3根旧机转子轴颈的修复处理。它们均由于渗巴氏合金造成了轴颈材质的深层脆化，无法在允许的车削范围内予以清除，最终不得不作报废处理。本文就这些转子在东汽厂处理过程中所揭示的转子轴颈渗巴氏合金的现象作简要论述。2　关于巴氏合金的基本情况　　ZSnSb11Cu6轴承巴氏合金的成分及各个组成相的作用详见表1。典型的金相组织见图1，即在暗黑色α固溶体塑性基

4、体上，分布着白亮色方块或三角形晶体β相(SnSb)及白色针状(或粒状)晶体ε相(Cu6Sn5)，该巴氏合金的平均硬度仅为Hm30。　　ZSnSb11Cu6巴氏合金的固相点温度为240℃，液相点温度为370℃，其最高使用温度不得超过100℃，摩擦系数在有油时为0.005，无油时为0.28。3　黄石电厂低压转子的渗巴氏合金现象3.1　黄石电厂低压转子材质的基本情况　　黄石电厂209＃机低压转子轴颈在3根转子中是损伤最严重的一根。该机为东方汽轮机厂1988年生产D29第1台N200－12.70/535/535－4型超高压中间再热三缸两排汽凝汽式汽轮机，1993年7月投运。　　低压转子系二

5、重厂生产的大锻件，材料为34CrNi3Mo，力学性能数据见表2，各项性能优良，磁粉及超声波探伤结果全部符合技术要求。3.2　电厂大修中无损检测发现的低压转子裂纹　　电厂在2000年对该机进行大修期间，着色渗透检查首先发现了低压转子5＃、6＃轴颈开裂，两轴颈均有若干短的轴向裂纹沿周向成环状分布。西安热工所采用KARLRMG4105型测深仪检测确认，6＃轴颈上最为严重的一个裂纹群的情况是：该环状裂纹群中有裂纹170条，最长裂纹16.7mm，裂纹最深达3.1mm，裂纹深度大于1mm的有35条，深度大于0.2mm有98条。根据这一检验结果，电厂决定将该转子返东汽厂由专用机床进行轴颈车削处理

6、，将直径为360mm的5＃、6＃轴颈，单边车小1.2～1.5mm，个别深的裂纹采取局部打磨消缺及填补焊后继续使用。3.3　东汽厂车削加工中发现的转子轴颈渗巴氏合金现象　　2000年11月20日该转子进入东汽厂，为配合工厂对该转子维修方案的实施与确定，对转子电机端6＃轴颈裂纹带的原始情况及轴颈车削过程的每一阶段，进行了现场跟踪、复型检查及硬度检测。3.3.1　车削前6＃轴颈裂纹带的原始情况　　6＃轴颈长430mm，上述最严重的裂纹带离电机端台阶位置约130mm。将裂纹附近区抛光至镜面并经硝酸酒精溶液腐蚀后，显示出一宽度约为90mm的深色带区，与转子基材形成明显分界线，跨越分界线密集排

7、列着轴向分布的短裂纹，其宏观可见长度多为3～5mm。对这一带用里氏硬度计测试布氏硬度的结果是：转子基材硬度为HB292～306左右，与转子的出厂检测结果相符，深色带内的硬度则高达HB540～593，而带两边5mm范围内硬度低于基材，为HB241～255的软化区。这显然是机组运行中由于不正常摩擦，使轴颈局部区域严重发热达到材料相变温度以上，产生了相变硬化的结果。其硬度与宏观裂纹分布的具体情况见图2。3.3.2　车削中6＃轴颈裂纹带的发展情况　　2000年底，湖北电力局、