某热电厂减速机的高速轴在运行中发生断裂,通过对断轴进行宏观检验、化学成分分析、表层能谱分析、硬度检验、金相检验以及力学性能测试,并结合减速机的运行工况进行分析,结果表明,高速轴的制造质量不合格。由于其表面渗氮层中存在大量微裂纹和针状组织,在运行期间,微裂纹发生扩展,造成表层金属剥落,形成应力集中,最终导致高速轴出现疲劳断裂。针对断裂的原因,提出了相应的改进建议。关键词:高速轴渗氮层微裂纹疲劳断裂doi:10.3969/j.issn.1006－8805.2019.02.007某热电厂7号锅炉的乙侧磨煤机正常运行电流为72.45A,在运行过程中电流瞬间降低至34.31A,经现场查看发现,乙侧磨煤机的电机仍在运行,但磨煤机的减速机未运转,确认减速机的高速轴已经发生断裂(位于3瓦轴承侧)。高速轴为减速机原装的齿轮轴,于2008年投用,材质为37SiMn2MoV。为查找高速轴的断裂原因,进行了以下检验分析。1检验与分析1.1宏观检验高速轴断裂于减速机输入端的轴承安装部位,轴径160mm,断裂面靠近轴肩处,距倒角处约3~5mm,见图1~图2。由图可见,断口整体较为平齐,可区分出裂纹源区、扩展区和瞬断区,裂纹源区有贝壳状条纹,并伴有多条撕裂棱,具有多源疲劳开裂特征【1】。

　　断口上瞬断区的面积不足横截面积的20％,由此可断定该高速轴断裂前并未出现明显过载现象,见图3~图6。断轴外表面存在明显的金属剥离痕迹,剥离层沿圆周分布,与轴承的安装位置基本对应,剥离层厚度为1~2mm,见图7~图8。图1齿轮侧断轴图2轴承侧断轴图3齿轮侧断口1.2化学成分分析在断轴芯部取样进行化学成分分析,结果(见表1)显示,断轴的化学成分符合设计标准GB/T3077—1999《合金结构钢》中关于37SiMn2MoV的规定。动设备石油化工设备技术,2019,40(2)·23·Petro-ChemicalEquipmentTechnology万方数据图4轴承侧断口图5裂纹源区的放射状条纹(6.5×)图6扩展区的条带形貌(6.5×)图7轴承接触部位的表面剥离层图8断轴横向截面上的剥离层(6.5×)同时,对断轴表面取样进行碳含量检测,结果显示,其表面含碳量为0.26％,明显低于基体的碳含量0.39％。表1断轴芯部化学成分分析结果w,％元素检测结果GB/T3077—1999范围C0.390.33~0.39S＜0.001≤0.035Mn1.701.60~1.90Si0.720.60~0.90P0.029≤0.035Cr0.12≤0.30Mo0.370.40~0.50V0.080.05~0.121.3能谱分析由于断轴表面的碳含量明显低于基体,初步分析断轴表面可能进行了化学处理。