- 发电机支架断裂的事故原因分析
- 作者：康明斯发电机维修公司 | 来源 www.czufdj.com | 发布时间：2022-03-20 | 阅读次数：[]
某型柴油发电机用发电机支架在考核试验过程中发生早期断裂，服役时间约400h，在替换相同规格支架后试验继续进行。当考核试验结束后发现该支架于相同部位再次发生断裂。经熟悉该支架材质为优质20碳素组成钢，经热轧处置后直接铣削、焊接加工成型，直接投入使用。
为了判明此次损坏的缘由，康明斯发电机公司对前后两次的失效支架进行整合解说，确定了该产品的冷热加工工艺程序，并进行相应的理化检验试验。进而确定了缺点发生的缘由，并依此提出改善方案，以防范同类故障的再次产生。
该支架组成及断裂部位（见图1）。可见断裂产生于构成拐角处的支架耳部，裂纹与耳部垂直并贯穿支架壁厚，使耳部与支架主体完全分离开来（见图2）。
将断裂部位用丙酮清洁后观察（见图3），可见断口基础与水平方向垂直，无明显宏观塑性变形痕迹，为正应力功能下的结晶状脆性平齐断口。断面1/3范围可见深褐色锈蚀产物，属陈旧性断口，为早期断裂部位。
其余2/3面积为浅灰色颗粒状，并伴有金属光泽，属新鲜断口，为最后断裂部位。裂痕源位于耳部边缘的A处。并可见以A点为辐射源的放射状条纹呈不规则扇形形状扩展，其扩展路径在锈蚀产物的用途下更为明显。
在失效支架上取样，对其化学成分进行检查后结果见表1，可见其各元素含量均符合GB/T699-1999《优质碳素构造钢》中20钢针对各元素的要求，说明发电机支架材质本身无质量问题。
按照GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检测法》要求，切取并磨制金相试样，在Neophot2光学显微镜下观察其纵向磨面，检验结果分别见（图4和表2），可见该支架非金属夹杂物含量符合相关技术要求。
在支架耳部取样并检修其金相组织为：铁素体组织+珠光体组织（呈明显带状分布）。晶粒度为6～7级。根据GB/T13299-1991《钢的显微组织评定途径》中带状组织评级图：带状组织级别为：B系列4级（见图5），属于较严重的带状组织。
测得其布氏硬度为133HBW。因支架形状尺寸的限制，不能对其取样进行抗拉强度、伸长率和冲击韧性等力学性能进行测试。只能从布氏硬度数值上初步领会其性能概况。
但经过以往的大量试验表明：带状组织对材料的抗拉强度Rm和屈服强度ReL影响并不大，但却使垂直于轧制方向（即垂直于带状方向）的断后伸长率A、断面收缩率Z，以及冲击韧性Ak的值明显减少。
从金相组织检查结果可知材料中存在明显的带状偏析。带状组织是指沿钢材轧制方向形成的，以先共析铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态。
由于带状组织中相邻显微组织不一样，性能也存在差别，强弱带之间必然会发生应力集中，因而造成力学性能的整体减少，并且存在明显的各向异性，在外力作用下易沿带状组织产生层状撕裂，为材料的早期失效奠定了组织基本。
带状组织是低碳钢中一种易发的弊端组织，它的成因大致有两种：一种是钢液在铸锭结晶程序中购买性结晶造成枝晶组织的不均匀分布，在轧制时粗大的枝晶被拉长并逐渐与变形方向一致，从而形成碳及合金元素的贫化带和富化带的堆叠，缓冷时便分别形成以铁素体和珠光体为主的带彼此交替。
在这种情况下，成分带状是组织带状的根源和先决要素。于是用常规退火、正火举措很难加以解决，只能通较高温扩散退火后再经一到三次正火来改良或解除。
第二种原由是由于热加工工艺不当致使的带状组织，当热轧温度处于两相区时，铁素体沿金属流动从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被分割成带状，当冷却到A1时带状奥氏体转变为带状珠光体。这种缘由形成的带状组织可通过正火或退火加以改良和处置。
为了判明该支架带状偏析的成因并加以清除，康明斯发电机公司按照20钢的常规热排除工艺对其进行正火解除。处置后的金相组织（见图6），可见带状组织得到明显的改良，说明该支架带状组织的成因是热加工工艺不当，经过适当的正火处置可以改进和消除。这就从材料显微组织方面找到了该支架断裂的内部原由及其改良手段。
从支架外部构成的设计和加工来说，纵观支架整体形貌，可见加工粗糙，焊缝明显，随处可见刀痕和坑洼，说明整体加工品质欠佳。
由图1中支架的结构和断裂部位可以看出，断裂产生于横竖钢板的拐角处，此处原本就属于组成设计的薄弱环节，本应有用于减小应力集中的圆弧过渡区域，而却产生了明显的加工台阶，如此明显的机械加工弊端无疑会造成应力集中区域，为裂纹的萌生和发展打开了通道。
从支架的整体加工工艺来说，热轧钢板使用前并未做正火解决，也未进行相应理化检查试。
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