火炬回收机电机转子轴断裂分析.pdf

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1、第42卷第5期化工机械723火炬回收机电机转子轴断裂分析王海平+苏婷婷马小强杨海军(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)摘要对断裂电机转子轴的宏观形貌、化学成分、力学性能、金相组织、断口形貌和能谱进行分析，确定了该轴断裂的主要原因是原材料存在大量夹杂物，并伴有微裂纹存在，由于热处理．Y-艺不当导致材料力学性能不合格；轴表面修复时堆焊层的焊接工艺不合理，线能量过大，导致焊接部位出现层间未熔舍和大量魏氏体组织，最终导致轴断裂。关键词电机转子轴断裂堆焊层火炬回收中图分类号TQ051．8+4文献标识码A文章编号0254—6094(2015)05—0723—05某石化公司火炬回收机电机转子轴在运

2、行过程中，发现电动机振动突然增大，随后电动机停止运行，检查发现电动机转子轴伸端已经断裂，电动机定子、转子有轻微扫膛的痕迹。检查运行记录发现，一年前由于该轴的磨损比较严重，出现轴承跑套故障，在维修过程中，对轴的磨损部位进行堆焊处理。类似磨损事故已经连续发生多次。笔者对转子轴断裂部位和未断裂部位分别取样分析，探讨了该轴断裂的原因，同时为防止此类故障的发生提出了建议÷1转子轴运行工况介绍电动机转子轴材料为40Cr钢，非轴伸端规格为西150himx1500ram，轴伸端规格为击100mm×500mm。主要技术参数为：型号YAKK4501．2功率450kW额定电压6kV额定电流53．6A额定转速29

3、80r／min2试验分析2．1宏观检查图1为转子轴断口宏观形貌，可以看出断口灰暗，粗糙不平，裂纹源起始于轴表面，并沿周向扩展，断裂区有明显的塑性变形．2．2化学成分分析材料化学成分的波动，尤其是构成材料的主要化学元素的含量对材料热处理的性能会产生显著的影响’”。采用SPECTROLAB直读光谱仪对断裂轴材料进行了化学分析，结果见表1。可以看出，断裂轴的化学成分符合GB／T3077—1999对40Cr钢的要求。2．3力学性能检验在轴完好部位l／2半径处取样进行常温拉伸试验和冲击试验，结果见表2，，可以看出，强度低{王海平，男，1984年10月生，工程师。甘肃省兰州市，730060，724化工

4、机械2015年于标准值，且冲击吸收功非常低，不符合标准要求。1／2半径处布氏硬度为210～215HB，堆焊区的布氏硬度范围为199～233HB，GB／T3077—1999标准要求布氏硬度不大于207HB，硬度基本符合要求。综合力学性能可知该轴强度不符合技术要求，韧性差、缺口敏感度高。表2力学性能2．4金相检验在离断裂部位10mm处取样进行微观组织观察，取样位置如图2所示。可以看出有明显的堆焊层，断口附近径向截面堆焊层金相组织为铁素体+珠光体+魏氏体，如图3所示，分析表明堆焊层内部存在多处层间未熔合，并伴有大量魏氏体组织，从而降低了堆焊层的力学性能和使用性能。宏观检查完好部位径向截面边缘处组

5、织和图2金相取样位置第42卷第5期化：【机械725。，-4‘一·r一‘。rjlwl．ij』、未f{一-J。．‘目、一}二l7。‘；、、(4I×图3堆焊层金相组织1／2半径处组织均为珠光体+网状铁素体，如图4、5所示，属典型的正火组织，晶粒度5～7级，但组织不均匀，并伴有微裂纹存在。而标准要求40Cr钢做轴类零件应进行调质处理，正常的组织为回火索氏体。轴原材料夹杂物形貌如图6所示，根据GB／T10561—2005，夹杂物级别分别为A类3．0级，B类1．0级，c类1．5级，D类2．0级和DS类0级。图4轴完好部位径向截面边缘处金相组织图5轴完好部位径向截面l／2半径处金相组织726化]：二机械

6、2015钲图6非金属夹杂物×1002．5断口扫描电镜与能谱分析采用JSM．6510扫描电镜对断口断裂源区进行微观形貌观察，如图7所示。由图7a可以看出边缘堆焊区域与基体存在明显分层现象，有较多的夹杂物存在，表明堆焊工艺不合理。由图7b可以看出断口存在大量疲劳纹，局部区域存在因高温和扭曲形成的熔化形貌。由图7c、d可以看出典型的撕裂区，存在大量韧窝。图7断口形貌对断口处白色区域进行能谱分析，结果显示0、A1、S含量很高，表明夹杂物为氧化物和硫化物。3讨论40C·’钢经过调质处理后，具有良好的综合力学性能和低温冲击韧性、较低的缺口敏感性以及淬透性良好等优点㈠。如果锻造和轧制工艺控制不当，毛坯中

7、往往会存在成分偏析、原始组织晶粒粗大以及内部组织分布不合理等冶金与组织缺陷。3。如果热处理工艺选择不合理，这些不良组第42卷第5期化工机械727织就会存在于轴的内部，降低材料的使用性能，缩短轴的服役寿命。根据以上检验结果分析认定该轴的最终热处理不符合标准要求，导致其组织异常，力学性能不合格，又由于原材料存在大量夹杂物，最终导致了使用过程中磨损非常严重?堆焊处理后，由于堆焊工艺不合理，现场维修条件限制，时问紧迫，不能进行焊