YCYJ12-5-48HB抽油机曲柄销断裂失效分析

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1、12一■论文广场石20油10与年化第工13设卷备一YCYJ12-5-48HB：J：I~油机曲柄销断裂失效分析李光，张颖辉(1．克拉玛依市科比技术有限责任公司，新疆克拉玛依834003)(2．新疆克拉玛依石化公司，新疆克拉玛依834003)[摘要】根据采油厂现场提供的曲柄销失效样品，从宏观形貌、理化检测、断裂形式分析诸方面对曲柄销进行失效分析。结果表明，曲柄销的断裂属弯曲疲劳断裂。[关键词】抽油机；曲柄销；失效分析克拉玛依油田百口泉采油厂的YCYJ12—5—说明该侧是曲柄销的薄弱环节，且压应力集中较48HB型抽油机于1986年投入使用，2008年5

2、月抽小。在疲劳源之下可见到疲劳裂纹前沿线的区域油机曲柄销发生断裂，造成该井采油生产被迫停是疲劳裂纹扩展区，该区断面平滑。止。抽油机曲柄销是抽油机的关键连接点，同时图1右侧较粗糙并带有缺口的区域为最终快速又是薄弱环节，一旦发生断脱等事故会严重破坏断裂区。该区占整个断面的比例较小，说明曲柄井口设备，造成抽油机其他部件损坏，甚至危及销承受的疲劳载荷较低。人身安全。据统计，从2008年1月至5月，该采油2．2曲柄销理化分析厂同期安装的该类型抽油机发生类似情况已达242．2．1材质检验次，严重影响了采油生产。为防止类似问题再次发生，确保油田正常生产，对曲柄

3、销断裂情况进曲柄销材料常用40Cr~，表1列出了断裂曲柄销的化学成分分析结果，由表1可见，曲柄销中心行分析，十分必要。部位材质的化学成分符合GB／T3077．1999标准中l曲柄销技术参数40Cr~的技术要求，材料化学成分正常。曲柄销材质40Cr，曲柄销小端直径表1曲柄销化学成分d=100ITInl，曲柄销与曲柄体的配合长度为化学元素CSiMnPSCrL=130mm，曲柄销锥度为1：8。抽油机额定载荷9．8曲柄销0．41O．250．720．0200．0301．O9吨，最大载荷6吨，最小载荷2吨。GB／T30770．37-O．17一0．5—0．8一

4、—1999O≤0．035≤0．0352曲柄销检测结果．44O．370．81．102．1断口宏观检查2．2．2曲柄销金相检验曲柄销断裂部位为靠近螺纹端的锥面小端。40Cr正常调质热处理条件为850℃保温50分曲柄销的宏观断口如图1所示，断口基本与轴线钟，500℃回火空冷，其正常调质组织为回火索长度方向垂直，氏体。依据GB／T13298．91《金相显微组织检验方断裂沿应力集中法》，对断裂曲柄销表面及断裂面进行了金相组处发生，无宏观织检查，曲柄销表面及断裂横截面显微组织如图塑性变形，为脆2、图3所示，其组织情况见表3。性断裂。在断口组织中出现块状铁素体

5、，表明淬火时加热温上可以明显的看度不够或冷却速度不够，铁素体与回火索氏体相到疲劳裂纹前沿比，其综合机械性能相差较大，高温回火得到的线，疲劳裂纹源回火索氏体具有良好的强度、塑性及韧性，综合在照片的左侧，机械性能好。回火屈氏体与回火索氏体相比，硬在纹源区可看到度与强度较高(这也符合硬度测试结果)，但塑多个小撕裂台阶在裂。疲纹劳源源一集侧中，图1断口形貌作者简介：李光(1973一)，男，陕西人，大学本科，工程师，新疆克拉玛依科比技术有限责任公司部门主任。第9期李光等YCYJ12—5—48HB抽油机曲柄销断裂失效分析．J3性及韧性下降，抗疲劳性能下降。裂

6、纹，如图5所示。从图6、图7可以看出，曲柄销表面比较致密，其余部位存在疏松。2．2-3硬度检测曲柄销设计要求：曲柄销调质处理硬度要求为HB241．286。表3是曲柄销的硬度测试结果。由表3可知，曲柄销存在硬度不均匀现象，曲柄销表面硬度偏高，心部硬度符合要求。这与曲柄销的热处理过程有关。图4曲柄销的断口形貌图2曲柄销表面显微组织200×图5断口上的二次裂纹图3曲柄销断裂面显微组织200×表2曲柄销金相组织图6断口上的疏松形貌检查部位金相组织表面回火索氏体+少量块状铁素体+少量屈氏体断裂面回火索氏体+少量块状铁素体表3硬度检测结果硬度(HB)曲柄销表

7、面螺纹端面心部硬度301I295I299303J297l300243l255l2693断口电镜检查电子显微镜扫描发现，断口有明显的疲劳断裂特征，如图4所示。在断口上发现有很短的二次图7断口表面致密层4一■论文广场石油与化工设备一2010年第13卷4曲柄销受力分析会扩展形成宏观裂纹，最后由于剩余面积不够而发生瞬时断裂。在正常情况下，曲柄销承受以下几种应力：(1)曲柄销自重。曲柄销的重量在曲柄销上产生6结论及措施的压应力很小；(2)紧固螺母产生的轴向拉应(1)曲柄销材料组织正常，成分符合要求，力，该应力一般不大；(3)抽油机的悬点载荷表面硬度偏高。是

8、随上、下冲程作周期性变化的，作用在曲柄销(2)电镜扫描发现断口具有典型的疲劳韧径向上的载荷也是同期性变化的。曲柄销主要承窝，属疲劳断裂。