煉油二套常減壓車間的蠟油離心泵為懸臂離心泵，其泵軸的設(shè)計要求材質(zhì)為35CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為HB=269～302。葉輪材質(zhì)為G25鋼，靜平衡允差為8g。泵軸端有一M24×1.5的螺紋，用于固定葉輪。泵揚程150 m，體積流量200 m3/h，轉(zhuǎn)速2 950 r/min，蠟油密度0.919 kg/m3。從1995年12月開始，該泵發(fā)生多起斷軸事故，斷裂部位都在軸端螺紋退刀槽處，斷軸時間間隔越來越小，最短只有一個月左右。同時葉輪表面多處出現(xiàn)蜂窩狀穿孔，影響了裝置的正常運轉(zhuǎn)。 一、分析計算 1．泵軸 (1)斷口宏觀分析　 對失效泵軸斷口部位進行宏觀觀察，發(fā)現(xiàn)宏觀斷口表面可明顯分為3個區(qū)：疲勞裂源區(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)。仔細觀察軸的邊緣可看到有幾個一次疲勞裂紋臺階，說明該斷口的疲勞裂紋源有多處，這些疲勞裂紋源反映了軸端退刀槽處應力集中比較嚴重。疲勞裂紋擴展區(qū)占斷口總面積的大部分區(qū)域，最后斷裂區(qū)域很小，說明此軸肩處所受的拉應力較小。由于此處過渡圓角半徑R非常小，會產(chǎn)生較大的應力集中。循環(huán)載荷作用在應力集中最大的螺紋退刀槽部位，使泵軸發(fā)生疲勞斷裂。循環(huán)載荷系葉輪失重引起的動不平衡產(chǎn)生的軸向沖擊力。葉輪長期未更換，引起的動不平衡愈加嚴重，泵軸斷裂時間愈來愈短。 (2)金相分析　 在斷口附近取樣分析，發(fā)現(xiàn)該軸金相組織主要為回火屈氏體，組織中仍可以看到有許多板條狀馬氏體形態(tài)。說明軸在進行調(diào)質(zhì)處理時，高溫回火溫度或時間不到位，沒有獲得回火索氏體組織，造成軸的缺口敏感性提高，加快了疲勞裂紋的萌生和擴展。 (3)硬度試驗　 取樣進行硬度試驗，洛氏硬度HRC值分別為31、32、31、34，這些值比圖樣中規(guī)定的HB值偏高，進一步表明其組織為非回火索氏體。 (4)掃描電鏡(SEM)分析　 取樣后用掃描電子顯微鏡分析了泵軸斷口的微觀形貌，可以看到在疲勞裂源區(qū)和疲勞裂紋擴展區(qū)存在疲勞條紋，說明失效是由于疲勞斷裂引起的，疲勞裂紋擴展的微觀形貌是解理花樣。 2．葉輪 (1)宏觀觀察和分析　 泵的吸入口葉輪表面存在多處蜂窩狀穿孔，輪轂表面存在明顯摩擦痕跡。葉輪前后表面密布蝕坑，鑄造組織也比較疏松。從整體裝配來看，葉輪失重穿孔部位與軸端疲勞裂源點相對應。 (2)化學成分分析　 各種成分的含量為： w(C)=0.162%, w(Si)=0.218%, w(Mn)=0.119%, w(P)=0.015%,w(S)=0.030%,從化學成分看，碳和錳的含量偏低。 (3)金相分析　 組織特征為塊狀與針狀的鐵素體＋珠光體，是典型的魏氏體組織。晶粒粗大，平均晶粒度為3級。其中珠光體含量較低，這與含碳量低有關(guān)，且晶間有夾雜物存在。這說明葉輪鑄造質(zhì)量不良，存在大量縮松，且金相組織不均勻，偏析比較嚴重，從而導致了金屬表面狀態(tài)不均勻，而非金屬夾雜物的存在使金屬中形成縫隙，造成了物理上的不均勻和不完整性。由于蠟油溫度較高，酸值也較高，且含有硫等元素，使得夾雜物周圍成為點蝕的起源點。從葉輪表面的點蝕可以推斷，局部穿孔部位是夾雜物富集的地方，錳含量的偏低可能就是這種富錳硫化物聚集造成的。同時，金相組織中的偏析，造成了晶界的弱化，從而使得點蝕與晶間腐蝕的結(jié)合加速了局部的腐蝕。 二、改進措施 1．增大退刀槽過渡圓角半徑R，建議R=1.5～2 mm，以改善該部位應力集中的程度。 2．嚴格按照圖樣要求執(zhí)行熱處理工藝，保證軸獲得良好的綜合力學性能。 3．在安裝葉輪時，螺母的預緊力要適當，不宜太大。 4．對葉輪進行表面處理以提高耐蝕性能。 三、結(jié)語 對蠟油離心泵的泵軸和葉輪按上述措施進行改造后安裝投用，至今已運行1年多，運轉(zhuǎn)良好，沒有發(fā)生斷軸事故，證明改造是成功的。 信息來源于：中國石油和石油化工設(shè)備網(wǎng)