活塞压缩机曲轴断裂原因分析

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1、第16卷第1期江苏工业学院学报Vol.16No.12004年3月JOURNALOFJIANGSUPOLYTECHNICUNIVERSITYMar.2004文章编号：1005-8893（2004）01-0005-04*活塞压缩机曲轴断裂原因分析赵会军，王树立（江苏工业学院机械工程系，江苏常州213016）摘要：某厂活塞压缩机曲轴突然断裂，经过应力分析与计算、材质分析与材料性能试验、断口分析和金相组织分析，结果表明，原始缺陷是该曲轴断裂的主要原因，而沿轴向和环向晶间裂纹源是裂纹的起因。并提出曲轴除强度设计外，还应注意材料的选择、材料检查和考虑共振等几点建议。关键词

2、：压缩机；曲轴；断裂分析中图分类号：TQ052.504；TE966.04文献标识码：A1问题的提出2.1压缩机曲轴基本数据某炼厂芳烃车间K302压缩机曲轴于2000年曲轴直径100mm；曲轴飞轮直径1600mm；12月27日发生断裂，断裂发生在距转轮端部压缩机功率50kW；压缩机转速210r/min；键槽200mm处。为查清断裂原因，以防此类事件再次深6mm；键槽宽30mm；初步提供曲轴材料：球发生，减少经济损失和影响生产，并对曲轴重新制墨铸铁；曲轴结构形式：!型。造提出建议，受厂方委托，对该曲轴进行了全面分2.2测量数据析。压缩机曲轴是压缩机主要的传动部件，

3、压缩机曲轴直径100mm；断口断面距轴头端面（平曲轴受力状态比较复杂：受到弯矩、剪力、扭矩等均）约150mm；断口断面最低点在键槽2/3处，的综合作用。从制造材质来看，压缩机曲轴大多由距轴头端面135mm；断口断面最高点与键槽成80º铸铁（如球墨铸铁）、铸钢（如铬钢）等经热处理角，距轴头端面170mm；断口断面另一高点距轴工艺后制造。受力大小、结构的合理性，热处理的头端面166mm；断口表面凹凸不平，中心部分略工艺以及处理效果的好坏都直接影响曲轴的使用寿有倾斜。如图1所示。［1］命。一般曲轴的荷载不是很高，因它长期旋转，在一定的周期载荷作用下，又是一个旋转疲劳

4、问题。因此要查清曲轴断裂原因，必须从材料性能、受力状态、金相组织等多方面做工作。通过对断裂后曲轴的综合分析，查清了该压缩机曲轴断裂原因，并提出了用于此类工况下曲轴的材料选取、制图1断裂面位置示意图造工艺以及安装使用过程中应注意的主要问题。断口宏观观察，有明显的疲劳断裂扩展纹，可以断定在疲劳断裂前裂纹扩展特别迅速。见图2。2宏观检查及分析断口边界有较明显的多处裂纹源。断口中心部*收稿日期：2003-10-16作者简介：赵会军（1965-），男，河北保定人，高级工程师，现从事油气管输技术及流体过程机械方面研究。·!·江苏工业学院学报2004年图2曲轴断裂断面示意图

5、分约占轴横断面面积1/4～1/3的瞬时断裂区或静断面。瞬时断裂区或静断面为脆性断口。图3金相组织（×100）从金相组织来看，为铸造组织，典型胞状等轴3材料性能及金相组织分析晶体。其组织为δ铁素体+珠光体，组织正常，但为查清断裂原因，查清曲轴材料性能是一个必有沿晶间走向的裂纹。不可少的条件。由上述3.1、3.2、3.3认定该曲轴材料为铬钢。由《结构钢手册》和《石油化工常用国内外3.1材料硬度测试及分析金属材料手册》各种铬钢的化学成分和机械性能［2，3］经打磨后，在材料表面进行硬度测试，结果如如表2、表3所示。表1所示。表2几种铬钢化学组成表1硬度测试结果钢号30

6、Cr20Cr34Cr4C0.27～0.340.17～0.240.30～0.37测试点硬度类别平均值Si0.20～0.400.20～0.40≤0.041234Mn0.50～0.800.50～0.800.60～0.90LD529557565566554P≤0.04≤0.04≤0.035HB234276284-263S≤0.04≤0.04≤0.035HV250286282281274Cu≤0.30≤0.300按LD=554硬度值计算可得!b=928MPa；按Cr0.80～1.100.70～1.000.27～0.34HV=274硬度值查表可得!b=920MPa；按HB

7、=从化学成分看，我国铬钢除铬、锰外，尚有少263硬度值查表可得!b=898MPa；由CVDA-量铜元素。1984附录E：!s=3.28HV-221（用于母材），!s表3几种铬钢机械性能-屈服限，MPa；计算得!s=677MPa；按HV=钢号!b/MPa!s/MPa8%41%"k回火温度274，由机械手册可以查得碳钢!=961MPa；铬淬火860℃b882686≥1145≥6钢!=920MPa；铬钒钢!=909MPa；不分钢种回火500℃bb淬火855℃!b=917MPa。30Cr833539≥1252≥6回火400℃淬火855℃891.8529.2≥1152≥

8、63.2光谱分析回火300℃20Cr8