往復(fù)式活塞壓縮機(jī)是最常用的容積式壓縮機(jī)，具有制造技術(shù)成熟、壓力范圍廣、熱效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、排氣量調(diào)節(jié)范圍大、材料要求不高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油和化工等領(lǐng)域的各類氣體壓縮場(chǎng)合。活塞桿是壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件，其
推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，依次完成膨脹、吸氣、壓縮、排氣4個(gè)過程。活塞桿的主要失效形式是斷裂，造成斷裂的因素很多，除了疲勞載荷以外，還有加工缺陷和安裝精度、介質(zhì)腐蝕、結(jié)構(gòu)不合理等多種因素。本文以化工生產(chǎn)裝置的一起壓縮機(jī)活塞桿斷裂失效事故為例，通過檢測(cè)與分析，查清造成活塞桿斷裂的主要因素，為同類活塞桿斷裂事故分析與改進(jìn)措施提供技術(shù)指導(dǎo)。
斷裂的活塞桿為新替換的，材質(zhì)為40CrNiMoA合金鋼，由國(guó)內(nèi)某廠家制造，僅僅使用了2個(gè)月就發(fā)生了斷裂，壽命很短。活塞桿整個(gè)長(zhǎng)度的較粗部分（直徑φ110 mm）表面打磨光亮，左端變徑小頭段的側(cè)表面明顯可見加工痕跡，未發(fā)現(xiàn)表面熱處理跡象。活塞桿斷裂部位在變徑小頭的連接螺紋處，即在與螺帽連接的2~3螺紋扣處，活塞桿斷口形貌可以看出，斷口大部分區(qū)域比較平整，在斷口平面的下側(cè)有一個(gè)凹進(jìn)的最后撕裂斷面。活塞桿整個(gè)斷口宏觀形貌符合疲勞斷口的形貌特征。在活塞桿斷口上選區(qū)截取未受到撞擊破壞的斷口試樣，超聲波清洗干凈，用掃描電鏡分析斷口表面微觀形貌，用能譜儀檢測(cè)表面化學(xué)成分。
活塞桿斷口在高倍下微觀形貌特征為疲勞輝紋，屬于典型疲勞斷裂機(jī)理。這說明活塞桿在2個(gè)月的使用過程中，螺紋根部萌生微裂紋逐漸擴(kuò)展，最終造成疲勞斷裂。表1斷口表面成分檢測(cè)結(jié)果表明，斷口表面無腐蝕產(chǎn)物，說明活塞桿斷裂與腐蝕無關(guān)。
304 不銹鋼活塞桿
在 活塞桿上截取小試樣，經(jīng)過研磨和拋光，利用掃描電鏡對(duì)試樣組織進(jìn)行夾雜T物評(píng)級(jí)，用能譜儀檢測(cè)夾雜物成分。活塞桿金相組織可以看出，活塞桿組織分布不均勻，呈現(xiàn)軸向條帶狀分布，這是活塞桿毛坯料扎制形成的。呈現(xiàn)條帶狀分布的金相組織中，一部分區(qū)域?yàn)楸容^粗大的貝氏體組織，一部分區(qū)域?yàn)榧?xì)小的索氏體組織，參見圖9。這說明活塞桿制造過程中的熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)熱處理，但是熱處理不完全，未形成全部索氏體組織，含有較脆的粗大貝氏體組織，從而降低了活塞桿的抗疲勞強(qiáng)度。
根據(jù)活塞桿斷口的宏觀和微觀形貌特征，結(jié)合活塞桿的交變載荷工況，判斷活塞桿斷裂屬于機(jī)械疲勞失效。活塞桿材質(zhì)的微觀組織中發(fā)現(xiàn)了較多的MnS非金屬夾雜物，削弱了活塞桿的承載能力，再加上組織中含有較脆的粗大貝氏體組織，這些都降低了活塞桿的抗疲勞強(qiáng)度，從而導(dǎo)致活塞桿短期內(nèi)就發(fā)生疲勞斷裂失效。
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