撈渣機(jī)鏈條斷裂失效分析

趙秋童，龍 娟（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，四川成都610071）

撈渣機(jī)鏈條斷裂失效分析

趙秋童，龍 娟（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，四川成都610071）

本文利用宏觀分析、金相組織分析、斷口微觀形貌SEM分析以及硬度測(cè)試等方法對(duì)某火電廠撈渣機(jī)鏈條斷裂的誘因進(jìn)行分析。研究結(jié)果顯示，撈渣機(jī)鏈條出現(xiàn)斷裂的首要誘因是在焊接過(guò)程中由于操作不當(dāng)導(dǎo)致滲碳淬火之后，沿晶界產(chǎn)生了晶間微觀裂紋，在長(zhǎng)期的外部載荷的作用下，發(fā)展成宏觀裂紋，最終導(dǎo)致斷裂。

撈渣機(jī)；鏈條斷裂；誘因分析

1 引言

某火電廠#2機(jī)組累計(jì)運(yùn)行總天數(shù)不到20d，撈渣機(jī)鏈條發(fā)生3處鏈接環(huán)斷裂。鏈條為國(guó)外進(jìn)口，說(shuō)明書(shū)無(wú)材質(zhì)說(shuō)明，光譜分析為T(mén)SL-6，Si 0.38%，Mn 0.89%，Cr 1.36%，Mo 0.24%，Ni 1.53%，運(yùn)行期間有結(jié)焦和刮板斷裂現(xiàn)象，斷面經(jīng)滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有環(huán)向裂紋。

為找出該鏈條斷裂的原因，特對(duì)其中2個(gè)斷裂的鏈條環(huán)進(jìn)行宏觀分析、斷口形貌分析、洛氏硬度檢測(cè)及金相組織檢驗(yàn)。由于來(lái)樣尺寸所限，未進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

2 撈渣機(jī)鏈條斷裂失效的原因

導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)鏈條出現(xiàn)斷鏈、掉鏈以及脫鏈等現(xiàn)象的原因跟某個(gè)零件的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行工況和部件生產(chǎn)工藝均有關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)撈渣機(jī)鏈條出現(xiàn)上述情況的誘因包括以下幾種：①撈渣機(jī)鏈條由于刮板出現(xiàn)形變，導(dǎo)致其周?chē)湕l的間隔距離在這段范圍內(nèi)縮小，和周?chē)?qū)動(dòng)鏈輪、拖輪、張緊輪以及導(dǎo)輪之間的距離偏離設(shè)計(jì)值。撈渣機(jī)鏈條與導(dǎo)輪之間的間隔變小是導(dǎo)致鏈條失效的一個(gè)重要影響因素。②撈渣機(jī)鏈條在投入使用一段時(shí)間之后，摩擦力會(huì)隨之減小，使其不能及時(shí)的進(jìn)行張緊工作，最終導(dǎo)致鏈條失效。③導(dǎo)輪輪面太過(guò)光滑或者輪面太過(guò)狹窄也非常容易導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)鏈條出現(xiàn)掉鏈或者脫鏈的現(xiàn)象。④撈渣機(jī)箱體自身發(fā)生形變導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)鏈條出現(xiàn)掉鏈以及脫鏈。

3 分析結(jié)果

3.1 宏觀分析

斷裂鏈條斷口近似為平斷口，斷口表面與鏈條軸向近似垂直，斷口毗鄰部位金屬未發(fā)生明顯的塑性變形，整個(gè)斷口宏觀上表現(xiàn)出典型的脆性斷裂特征，見(jiàn)圖1～2。

圖1 #1斷裂環(huán)斷面A宏觀形貌

圖2 #2斷裂環(huán)斷面C宏觀形貌

每個(gè)鏈接環(huán)都由一條焊縫連接成環(huán)，通過(guò)觀察試樣發(fā)現(xiàn)，2個(gè)環(huán)發(fā)生斷裂的位置均未在焊縫上。相對(duì)而言，#1斷裂環(huán)斷裂位置離焊縫中心較近，距離約15mm，#2鏈條斷面橫截面外圈有肉眼可見(jiàn)的環(huán)向裂紋，環(huán)向裂紋距離斷口邊緣約1.5mm。

3.2 斷口形貌SEM分析

對(duì)#1斷面A和#2試樣斷面C進(jìn)行SEM斷口形貌分析。掃描結(jié)果顯示，#1和#2試樣在距離斷口橫截面邊緣約1200μm左右存在環(huán)向裂紋，見(jiàn)圖3、圖5。由于未從產(chǎn)品質(zhì)量文件內(nèi)查到該鏈條的處理工藝，故參考其他電廠同類型式撈渣機(jī)鏈條加工工藝及本次實(shí)際金相觀察結(jié)果，初步推斷此鏈條經(jīng)過(guò)表面滲碳處理，此環(huán)向裂紋可能存在于滲碳過(guò)渡層上。此外，#1試樣的斷面A的斷裂起始區(qū)域存在一條由外向內(nèi)斜向發(fā)展的裂紋（僅從橫截面上看）。兩個(gè)斷口的斷裂起始區(qū)域斷口形貌表現(xiàn)為韌窩狀，見(jiàn)圖4、圖6。最終斷裂區(qū)域形貌主要表現(xiàn)為韌窩狀。從分析結(jié)果來(lái)看，斷口韌窩小而淺，表明該鏈條塑性較差。

圖3 #1試樣斷面A斷裂起始區(qū)域SEM圖

圖4 #1試樣斷面A斷裂起始區(qū)域SEM圖

圖5 #2試樣斷面C斷裂起始區(qū)域SEM圖

圖6 #2試樣斷面C斷裂起始區(qū)域SEM圖

3.3 硬度檢驗(yàn)

對(duì)#1試樣的心部、表面進(jìn)行了洛氏硬度檢驗(yàn)。測(cè)點(diǎn)1位于試樣橫截面心部位置，測(cè)點(diǎn)2、3、4為橫截面上同一條半徑上不同位置的測(cè)點(diǎn)，在試樣外表面每隔5mm取一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，其測(cè)點(diǎn)分別記為5、6、7，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 #1試樣硬度檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明，鏈條環(huán)由心部到表面，硬度逐漸增大，且外表面硬度遠(yuǎn)大于心部硬度，由此可進(jìn)一步推斷該鏈條經(jīng)過(guò)表面工藝處理，與掃描結(jié)果符合。相關(guān)資料顯示，對(duì)該類部件進(jìn)行滲碳淬火+低溫回火處理后，其表面硬度可達(dá)58～62HRC，心部硬度可達(dá)35～45HRC，滲氮處理后表面硬度一般在68HRC以上。因此，可以確認(rèn)該鏈條進(jìn)行了表面滲碳處理。

3.4 金相分析

對(duì)#1和#2斷裂環(huán)在靠近斷口約10mm處的橫截面進(jìn)行了金相檢驗(yàn)。檢驗(yàn)按照DL/T 884-2004進(jìn)行，采用機(jī)械磨制，化學(xué)拋光，體積比4%的硝酸酒精腐蝕。

檢驗(yàn)結(jié)果顯示未在此橫截面發(fā)現(xiàn)環(huán)向裂紋，兩個(gè)斷裂環(huán)組織相同，心部組織為回火馬氏體+少量貝氏體。參照標(biāo)準(zhǔn)《鋼件滲碳淬火回火金相組織檢驗(yàn)》（GB/T 25744-2010）的6.5“心部組織級(jí)別”評(píng)定，該心部組織級(jí)別為3級(jí)。

表層滲碳層組織為隱針馬氏體+細(xì)針馬氏體。參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25744-2010分別對(duì)馬氏體、殘余奧氏體、碳化物進(jìn)行評(píng)級(jí)：馬氏體針長(zhǎng)4～8μm，評(píng)為3級(jí)；殘余奧氏體含量小于10%，評(píng)為2級(jí)；有極少量細(xì)顆粒狀碳化物，碳化物級(jí)別評(píng)為1級(jí)。

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25744-2010，僅對(duì)該鏈條組織從滲碳工藝角度進(jìn)行評(píng)判，則兩個(gè)鏈條環(huán)的滲碳后的金相組織合格。由于生產(chǎn)廠家未提供相關(guān)撈渣機(jī)鏈條的材質(zhì)、熱處理方式以及專用的鏈條金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，故以上參照GB/T 25744-2010的評(píng)級(jí)僅供參考。

4 結(jié)論

根據(jù)宏觀、微察分析和硬度檢測(cè)結(jié)果，并參考其他電廠同類型式撈渣機(jī)鏈條處理工藝，可判斷該鏈條表面經(jīng)過(guò)滲碳處理。表面滲碳處理，可以使鏈條獲得高的表面硬度、高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，并保持心部低碳鋼熱處理后的強(qiáng)韌性，使工件能承受沖擊載荷。僅從滲碳工藝角度看，該鏈條滲碳處理后的金相組織未見(jiàn)異常。

從斷口宏觀分析可以看出，滲碳過(guò)渡層位置存在環(huán)向裂紋，而在距離斷口約8mm處的橫截面上卻未發(fā)現(xiàn)環(huán)向裂紋，可見(jiàn)該環(huán)向裂紋并非普遍存在，并未貫穿整個(gè)鏈條環(huán)的滲碳過(guò)渡層。由此推斷，該鏈條的部分鏈條環(huán)在局部位置的滲碳過(guò)渡層存在環(huán)向裂紋。這種局部存在的環(huán)向裂紋可能是鏈條在制造生產(chǎn)過(guò)程中由于滲碳及熱處理等原因?qū)е掳l(fā)生滲碳層脆化，也可能是因?yàn)槌惺墚惓_擊載荷后馬氏體脆性開(kāi)裂造成。

該撈渣機(jī)在運(yùn)行過(guò)程有結(jié)焦和刮板斷裂現(xiàn)象，結(jié)焦和刮板卡澀會(huì)導(dǎo)致鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，受到異常的沖擊力，致使一側(cè)環(huán)斷裂，然后在大沖擊力的作用下，另一側(cè)也發(fā)生斷裂。

綜上所述，對(duì)撈渣機(jī)鏈條斷裂的原因作出如下推斷：結(jié)焦及刮板異常使得撈渣機(jī)鏈條卡澀后承受過(guò)載的異常沖擊力，致使鏈條在有環(huán)向裂紋的位置發(fā)生斷裂。

5 建議

（1）建議清理?yè)圃鼨C(jī)里面的結(jié)焦。

（2）建議對(duì)刮板是否有卡澀的問(wèn)題進(jìn)行檢查并處理。

（3）對(duì)其余鏈條進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，查看表面是否有裂紋。

[1]《火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 884-2004）.

[2]《鋼件滲碳淬火回火金相組織檢驗(yàn)》（GB/T 25744-2010）.

[3]徐 春，趙學(xué)峰，朱志貴.1890t/h鍋爐撈渣機(jī)常見(jiàn)故障與處理[J].發(fā)電設(shè)備，2015（02）：23～24.

TG115

A

2095-2066（2016）34-0069-02

2016-11-24

趙秋童（1980-），男，大專，主要從事電站鍋爐、壓力容器、壓力管道定期檢驗(yàn)、金屬材料失效分析及無(wú)損檢測(cè)工作。