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- 發(fā)電機支架斷裂的事故原因分析
- 作者：康明斯發(fā)電機維修公司 | 來源 theconfuseddasher.com | 發(fā)布時間：2022-03-20 | 閱讀次數(shù)：[]
某型柴油發(fā)電機用發(fā)電機支架在考核試驗過程中發(fā)生早期斷裂，服役時間約400h，在替換相同規(guī)格支架后試驗繼續(xù)進行。當考核試驗結(jié)束后發(fā)現(xiàn)該支架于相同部位再次發(fā)生斷裂。經(jīng)熟悉該支架材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)20碳素組成鋼，經(jīng)熱軋?zhí)幹煤笾苯鱼娤?、焊接加工成型，直接投入使用?span style="display:none">1dB深圳|東莞|惠州|廣州|佛山柴油發(fā)電機維修-康明斯修理服務站
為了判明此次損壞的緣由，康明斯發(fā)電機公司對前后兩次的失效支架進行整合解說，確定了該產(chǎn)品的冷熱加工工藝程序，并進行相應的理化檢驗試驗。進而確定了缺點發(fā)生的緣由，并依此提出改善方案，以防范同類故障的再次產(chǎn)生。
該支架組成及斷裂部位（見圖1）?？梢姅嗔旬a(chǎn)生于構(gòu)成拐角處的支架耳部，裂紋與耳部垂直并貫穿支架壁厚，使耳部與支架主體完全分離開來（見圖2）。
將斷裂部位用丙酮清潔后觀察（見圖3），可見斷口基礎與水平方向垂直，無明顯宏觀塑性變形痕跡，為正應力功能下的結(jié)晶狀脆性平齊斷口。斷面1/3范圍可見深褐色銹蝕產(chǎn)物，屬陳舊性斷口，為早期斷裂部位。
其余2/3面積為淺灰色顆粒狀，并伴有金屬光澤，屬新鮮斷口，為最后斷裂部位。裂痕源位于耳部邊緣的A處。并可見以A點為輻射源的放射狀條紋呈不規(guī)則扇形形狀擴展，其擴展路徑在銹蝕產(chǎn)物的用途下更為明顯。
在失效支架上取樣，對其化學成分進行檢查后結(jié)果見表1，可見其各元素含量均符合GB/T699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼》中20鋼針對各元素的要求，說明發(fā)電機支架材質(zhì)本身無質(zhì)量問題。
按照GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢測法》要求，切取并磨制金相試樣，在Neophot2光學顯微鏡下觀察其縱向磨面，檢驗結(jié)果分別見（圖4和表2），可見該支架非金屬夾雜物含量符合相關技術要求。
在支架耳部取樣并檢修其金相組織為：鐵素體組織+珠光體組織（呈明顯帶狀分布）。晶粒度為6～7級。根據(jù)GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評定途徑》中帶狀組織評級圖：帶狀組織級別為：B系列4級（見圖5），屬于較嚴重的帶狀組織。
測得其布氏硬度為133HBW。因支架形狀尺寸的限制，不能對其取樣進行抗拉強度、伸長率和沖擊韌性等力學性能進行測試。只能從布氏硬度數(shù)值上初步領會其性能概況。
但經(jīng)過以往的大量試驗表明：帶狀組織對材料的抗拉強度Rm和屈服強度ReL影響并不大，但卻使垂直于軋制方向（即垂直于帶狀方向）的斷后伸長率A、斷面收縮率Z，以及沖擊韌性Ak的值明顯減少。
從金相組織檢查結(jié)果可知材料中存在明顯的帶狀偏析。帶狀組織是指沿鋼材軋制方向形成的，以先共析鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此堆疊而成的組織形態(tài)。
由于帶狀組織中相鄰顯微組織不一樣，性能也存在差別，強弱帶之間必然會發(fā)生應力集中，因而造成力學性能的整體減少，并且存在明顯的各向異性，在外力作用下易沿帶狀組織產(chǎn)生層狀撕裂，為材料的早期失效奠定了組織基本。
帶狀組織是低碳鋼中一種易發(fā)的弊端組織，它的成因大致有兩種：一種是鋼液在鑄錠結(jié)晶程序中購買性結(jié)晶造成枝晶組織的不均勻分布，在軋制時粗大的枝晶被拉長并逐漸與變形方向一致，從而形成碳及合金元素的貧化帶和富化帶的堆疊，緩冷時便分別形成以鐵素體和珠光體為主的帶彼此交替。
在這種情況下，成分帶狀是組織帶狀的根源和先決要素。于是用常規(guī)退火、正火舉措很難加以解決，只能通較高溫擴散退火后再經(jīng)一到三次正火來改良或解除。
第二種原由是由于熱加工工藝不當致使的帶狀組織，當熱軋溫度處于兩相區(qū)時，鐵素體沿金屬流動從奧氏體中呈帶狀析出，尚未分解的奧氏體被分割成帶狀，當冷卻到A1時帶狀奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閹钪楣怏w。這種緣由形成的帶狀組織可通過正火或退火加以改良和處置。
為了判明該支架帶狀偏析的成因并加以清除，康明斯發(fā)電機公司按照20鋼的常規(guī)熱排除工藝對其進行正火解除。處置后的金相組織（見圖6），可見帶狀組織得到明顯的改良，說明該支架帶狀組織的成因是熱加工工藝不當，經(jīng)過適當?shù)恼鹛幹每梢愿倪M和消除。這就從材料顯微組織方面找到了該支架斷裂的內(nèi)部原由及其改良手段。
從支架外部構(gòu)成的設計和加工來說，縱觀支架整體形貌，可見加工粗糙，焊縫明顯，隨處可見刀痕和坑洼，說明整體加工品質(zhì)欠佳。
由圖1中支架的結(jié)構(gòu)和斷裂部位可以看出，斷裂產(chǎn)生于橫豎鋼板的拐角處，此處原本就屬于組成設計的薄弱環(huán)節(jié)，本應有用于減小應力集中的圓弧過渡區(qū)域，而卻產(chǎn)生了明顯的加工臺階，如此明顯的機械加工弊端無疑會造成應力集中區(qū)域，為裂紋的萌生和發(fā)展打開了通道。
從支架的整體加工工藝來說，熱軋鋼板使用前并未做正火解決，也未進行相應理化檢查試。
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