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      閥體開(kāi)裂原因分析

      發(fā)布時(shí)間:2024-09-25
      我公司生產(chǎn)的500kv高壓開(kāi)關(guān)采用液壓操作。液壓機(jī)構(gòu)的心臟部分二級(jí)閥閥體在操作試驗(yàn)時(shí)發(fā)生開(kāi)裂漏油事故。為此,我們對(duì)二級(jí)閥閥體開(kāi)裂原因進(jìn)行了分析。
      1 閥體材質(zhì)及使用狀況
      1.1 材質(zhì)
      閥體材質(zhì)為gcr15simn鋼,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。其外形尺寸見(jiàn)圖1。
      表1 閥體化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(%)
      c si mn cr s p ni
      1.01 0.57 1.07 1.48 0.01 0.024 0.05
      圖1 閥體外型尺寸
      1.2 閥體制造工序
      下料→退火→粗加工→淬火、回火→精加工→鍍鋅。閥體熱處理工藝見(jiàn)圖2,熱處理后硬度為57~59hrc。
      圖2 閥體熱處理工藝曲線
      1.3 使用狀況
      閥體內(nèi)承受32~34mpa油壓,于戶外使用,開(kāi)裂均發(fā)生在操作100~200次以后。
      2 宏觀檢查
      圖3為閥體宏觀像,閥體開(kāi)裂發(fā)生在油孔邊緣,長(zhǎng)度約30mm,裂紋平直。
      圖3 閥體開(kāi)裂從油孔邊緣起始
      3 斷口檢查
      將閥體解體后斷口呈銀灰色,未被氧化和腐蝕,說(shuō)明閥體裂紋既不是淬火裂紋也不是腐蝕裂紋,根據(jù)斷口形貌可以認(rèn)為是瓷狀斷口,屬脆性斷裂。
      斷口照片見(jiàn)圖4,由圖4可以看出裂紋斷口上有許多放射狀紋理。根據(jù)裂紋走向可以看出有兩處裂紋源,即箭頭1、箭頭2所指處。1處為*裂紋源,2處為*裂紋擴(kuò)展到一定程度后才誘發(fā)產(chǎn)生的,裂紋源1位于不同平面交角附近。工作時(shí)估計(jì)此處有一定的應(yīng)力集中。
      圖4 裂紋斷口斷裂源部分 ×6
      (箭頭1、2各指一個(gè)斷裂源)
      將裂紋源進(jìn)一步放大,圖5為*裂紋源放大像,圖6為第二裂紋源放大像??梢钥闯鰞商幜鸭y源均有二次裂紋,都以沿晶斷裂為主。
      圖5 斷裂源1放大像
      圖6 斷裂源2放大像
      圖7、8為*裂紋源局部放大像。從圖7、8可以看出沿晶斷裂面上有一些析出顆粒及孔洞。經(jīng)x射線能譜分析說(shuō)明這種顆粒的鉻含量較基體約高1倍。x射線能譜分析結(jié)果見(jiàn)表2。估計(jì)這種析出的顆粒是(fe、cr)3c型碳化物。
      圖7 斷裂源1局部放大像
      (箭頭指晶界析出顆粒)
      圖8 斷裂源1局部放大像
      (箭頭指晶界孔洞)
      表2 x射線能譜分析結(jié)果 w%
      測(cè)量位置 si s p mn cr fe
      晶界析出顆粒 0.6 0.11 0.08 0.96 2.97 95.38
      基體 0.51 0.039 0.026 0.99 1.44 96.99
      4 金相組織
      金相試樣經(jīng)深度腐蝕后可以看出有網(wǎng)狀碳化物沿晶界析出,這與斷口觀察結(jié)果一致。
      5 開(kāi)裂原因分析及驗(yàn)證
      斷口觀察說(shuō)明閥體開(kāi)裂有一個(gè)擴(kuò)展過(guò)程,并不是瞬時(shí)斷裂,這與閥體經(jīng)過(guò)100~200次操作試驗(yàn)相符,反映了閥體開(kāi)裂是逐漸發(fā)生的屬滯后破壞型,且閥體經(jīng)過(guò)電鍍鋅,因此懷疑可能為氫脆所致。另外,gcr15simn鋼*類回火脆性區(qū)為200~400℃之間,而此閥體回火溫度恰在250~270℃之間,因此懷疑可能有*類回火脆性產(chǎn)生。
      鑒于以上分析又進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。
      在閥體上取樣制備3點(diǎn)彎曲試樣,用線切割在試樣中間開(kāi)槽,對(duì)試樣電解充氫,其中電解液為10%鹽酸水溶液,電壓6v、充氫時(shí)間30min。以3點(diǎn)彎曲方式對(duì)充氫試樣加80%屈服載荷的力,經(jīng)10min后斷裂仍以沿晶斷口為主,見(jiàn)圖9,可以看出斷口形貌與圖5相近,說(shuō)明閥體開(kāi)裂確系氫脆所至。
      圖9 閥體滯后破壞型氫脆斷口
      為驗(yàn)證閥體開(kāi)裂是否為回火脆性引起,仍在閥體上取樣制備3點(diǎn)彎曲試樣,將試樣430℃×2h回火后,以3點(diǎn)彎曲方式將試樣折斷,其斷口照片見(jiàn)圖10,可以看出斷口基本上為穿晶斷口,很少見(jiàn)沿晶斷口?;鼗鸷笥捕葹?6hrc,因此開(kāi)裂閥體的回火溫度為430℃時(shí)避免了*類回火脆性區(qū),沿晶脆斷就可以基本消除??箯潖?qiáng)度也由原來(lái)的305mpa提高到762mpa,這充分證明了閥體開(kāi)裂的沿晶脆斷確實(shí)是由*類回火脆性引起的。
      圖10 閥體經(jīng)430℃×2h空冷處理后的瞬斷斷口
      6 改進(jìn)措施及效果
      將回火溫度控制在400~450℃之間避開(kāi)*類回火脆性區(qū)。實(shí)際生產(chǎn)中采用430±10℃。并增加電鍍鋅后的去氫工藝。改進(jìn)工藝后的閥體經(jīng)過(guò)近百次的操作試驗(yàn)尚未出現(xiàn)閥體開(kāi)裂現(xiàn)象。
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