國內(nèi)某汽輪機廠在進行汽輪機主軸動平衡試驗時發(fā)生斷裂事故，斷裂時轉(zhuǎn)速為3300r/min。為分析主軸斷裂原因，避免進一步的經(jīng)濟損失，依照J(rèn)B/T7025-93對事故主軸材料34CrMo進行性能分析。

主軸材料34CrMo采用電爐＋真空精煉方法冶煉，澆鑄后經(jīng)過鐓粗、鍛造、粗加工、調(diào)質(zhì)熱處理、精加工等工藝加工成準(zhǔn)500mm×5300mm的汽輪機主軸，該軸單件質(zhì)量為5380kg。

在動平衡試驗過程中，主軸在低速轉(zhuǎn)動階段擺架振動及各項參數(shù)均正常；試驗機筒體抽真空后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高至3000r/min，記錄參數(shù)正常；轉(zhuǎn)速提高至3300r/min，振動無異常，但是主軸轉(zhuǎn)子瞬間發(fā)生斷裂；斷口區(qū)域的裂紋起裂區(qū)和擴展區(qū)分布明顯；轉(zhuǎn)子斷口邊緣有明顯的剪切拉邊痕跡，與主軸線方向呈45°夾角，分布在起裂區(qū)附近。

經(jīng)檢驗，主軸鍛件的化學(xué)成分和力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)JB/T7025-93的規(guī)定要求。

主軸斷裂段從表層到心部的材料強度逐漸下降，內(nèi)部材料的屈服強度最低僅為305MPa，靠近心部有較多的非調(diào)質(zhì)組織，即主軸材料從表面到心部的調(diào)質(zhì)組織是不均勻的。

主軸斷裂位置為橫向斷裂，斷面位于靠近轉(zhuǎn)子側(cè)的變直徑臺階附近，斷面附近靠支撐側(cè)細(xì)直徑段有明顯的彎曲變形。根據(jù)該形貌特征可知，主軸斷裂過程受到非常大的彎曲載荷，載荷使主軸轉(zhuǎn)子發(fā)生整體屈服變形，因此主軸屬于過載后整體屈服斷裂，是在受到異常沖擊性載荷的情況下發(fā)生的一次性快速斷裂。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析，這種彎曲載荷的方向是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生離心力的方向。

從斷口宏觀分析可看出，全斷面呈銀灰色和有金屬光澤的新鮮斷口，主軸宏觀斷口上沒有觀察到白點、縮孔、大面積疏松等異常材料制造缺陷，斷面上不存在大尺寸的初始缺陷，斷面參差不齊，有清楚的輻射狀花樣指明主軸斷裂的方向。起裂邊部有一相當(dāng)寬的拉邊區(qū)，拉邊區(qū)為斜斷口，斷面與橫向主斷面呈45°交角。拉邊是通常出現(xiàn)在過載斷裂件邊部平面應(yīng)力狀態(tài)區(qū)的斷口特征。拉邊區(qū)往內(nèi)是正斷區(qū)，斷面垂直于最大正應(yīng)力方向，呈輻射狀斷口花樣，是平面應(yīng)變斷裂區(qū)，這也是大尺寸軸件在大應(yīng)力下過載韌性斷裂的特征之一。終斷區(qū)斷口參差不齊，應(yīng)力狀態(tài)非常復(fù)雜，伴隨撕裂。斷口顯微分析也證明主軸屬于一次性過載斷裂。拉邊起始表面可以看到很多平行于斷口面的撕裂紋，斷口微觀形態(tài)相似，邊緣部斜斷口為韌窩狀斷口。其中邊部平面應(yīng)力斷口區(qū)為正常的韌窩斷口，表面附近的韌窩斷口為淺的剪切型韌窩；斷面輻射狀斷口區(qū)為解理斷口，內(nèi)部平面應(yīng)變斷口區(qū)以解理斷口為主。主軸中部區(qū)域斷口上的解理小面尺寸較大，應(yīng)該與軸中心部材料組織相對較粗有關(guān)。斷面沒有觀察到冶金異常和熱處理缺陷斷口的痕跡，也沒有看到疲勞斷口的痕跡。（榕霖）