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空压机一级叶轮叶片断裂失效分析

发布时间:2016-04-22
  某饲料公司使用的空压机级叶轮叶片在使用过程中发生断裂。空压机安装运行时间为2年3个月,叶轮在常温密封式厂房内运行,叶轮内介质为空气,工作压力为0。254网,转数为29650,流量为24。1。叶片材质为冗凡祀城事故发生前未明显异常现象,为找出叶片断裂的原因,笔者对其进行了失效分析。
 
  1理化检验
 
  1。1宏观检验断裂失效叶轮的宏观形貌。
 
  1。箭头为断裂叶片,叶片沿外缘掉片脱落,脱落部位边缘无明显塑性变形。
 
  2。显沿断裂叶片右旋方向有8个叶片叶片总数为17片磨削磨损严重,外缘已变形卷边,靠叶轮盘侧有明显的磨削痕迹,2中箭头,其余叶片损伤较轻。断裂叶片进气面可有多个火小不等点状凹坑,且分布无规律,
 
  3。出气面则未凹坑。凹坑最大尺寸约为在体视显微镜观察,坑边缘,晰整齐,坑内有锈层及附着物,但无腐蚀现象4。其他叶片中只发现片进气面存在个凹坑。
 
  1。2断口宏观检验由断裂叶轮叶片的断口锈蚀较严重,无宏观塑性变形。断裂叶片有两个断裂源,如箭头为主断裂源,断裂源侧面进气面恰好有凹坑缺陷。1区靠叶片外缘及3区拐角处的断口略显粗糙,为最终断裂区;断裂扩展区以2区为主断口光滑细密,贝纹线花样清晰,具有疲劳断裂特征=1。
 
  1。3断口微观检验用扫描电镜分别观察5中断口个区域的微观形貌。6为主断裂源形貌,可断裂产生于叶片进气面外缘并沿叶片壁厚度方向扩展;为扩展区形貌,疲劳辉纹明显,站疲劳断裂特征;8是断裂源形貌,位置也在叶片外缘,即叶轮旋转时的进气面9为最终断裂区,显韧窝形貌。
 
  1。4化学成分分析在断裂叶片上取样进行了化学成分分析,结果可断裂叶片的化学成分符合,8丁2007对017,44灿钢成分的要求。
 
  1。5硬度分析对断裂叶片进行洛氏硬度检测,结果为32。0只尺,32。5,只,33。0只尺,转换成布氏硬度为298,3,3023,306只1。在技术要求范围内。
 
  1。6金相检验在断裂叶片上取样,磨制抛光后用光学显微镜观察。依据丁15612005标准,夹杂物评定为,结果为,类2。5级,03显微组织为回火化学成分分析结果质量分数项目检测值马氏体+3铁素体,3铁素体面积约为12,多以条状存在,局部区域密度较大,也有呈网络状态分布的8铁素体,12。13是主断裂源区侧面的显微组织,8铁素体含量较,且裂纹扩展方向与8铁素体分布方向致。
 
  2综合分析断裂叶片的化学成分和硬度均符合标准对0017,40钢的技术要求,说明叶片材质合格。断裂叶片进气面宏观可非均匀分布大小不等的多个小凹坑,无腐蚀迹象,根据其大小形状及只有进气面存在等特点可判断,该凹坑不是腐蚀孔洞,应为打伤坑,足气体中夹带的坚硬颗粒如沙粒等在叶片高速运转及振动状态下打击叶片面所形成的凹坑;断门边缘无宏观塑性变形=主断裂源产生于叶片进气面面的打伤坑部位,断口以断裂扩展区为主。终断区域面积较小,显为低应力疲劳开裂特征。
 
  当叶片承受外应力作用时,其面承受较大应力作用,打伤坑成为应力集中点,从而引发了疲劳裂纹源的产生。加之叶片显微组织中的8铁素体含量占12左右,且存在相对密集区或网状分布钢中8铁素体含量最严重视场不得超过的规定,该叶片中的5铁素体含量超标。在断裂源区铁素体分布也较集中,因此易在8铁素体集中区产生局部微观塑性变形及马氏体组织的协同变形,促进裂纹的扩展。综上所述,叶片断裂属低应力状态下的疲劳断裂。因此,掉片的叶片断裂在先,其余叶片磨削磨损在后。
 
  3结论叶片断裂源位于进气面打伤坑部位,当叶片承受复杂交变外应力作用时,叶片面承受较大的应力作用,打伤坑成为应力集中区,导致了疲劳断裂源较高,会使叶片局部区域硬度及强度降低,促进疲劳裂纹的扩展。
 
  

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