某电厂空压机电机轴断裂原因分析

张留斌，耿进锋，王晓晨

（河南省电力公司 电力科学研究院，河南 郑州 450052）

2012年2月17号，河南某发电公司#1、#2机组#2空压机电机轴，发生断裂事故，#2空压机为英格索兰公司生产的M250型空压机，电机轴材质为#42钢。

1 现场检查情况及宏观分析

现场检查发现，电机轴断裂处位于驱动侧轴承套内，距连接齿轮约200 mm。据了解，该轴在运行过程中，曾发生塌落事故，并造成轴外表磨损，电厂外委进行了喷涂处理。检查发现断口附近轴表面整圈进行了喷涂处理，厚度约1mm。电机轴断口具有明显的放射线纹，断面上有多处面积较大的冶金缺陷，裂纹源点由冶金缺陷处撕裂断开。

现场调取#2空压机电机电流记录，发现轴断裂前由于空压机负荷在不断调整，电机电流每隔1 h左右，在14～32 A之间波动。事发前12 h，空压机一直带负荷运行，电流维持在30 A左右，2012年2月17日21:20左右，电流升至32 A，电机轴断裂。

2 断口试验分析

采用X-Met3000TX手持式光谱仪，对电机轴进行检测，发现电机轴基体和喷涂层含Fe和Mn两种元素，未见其他合金元素，二者材质均为碳钢。

2.1 断面微观组织形貌检测

在体视显微镜下，进行断口形貌观察，断口内部存在较多冶金缺陷，裂纹沿冶金缺陷处开裂扩展。

对试样进行抛光、采用4%硝酸酒精溶液浸蚀，试样断面呈现4种不同组织形貌（见图1～图4）。试样断面不同，区域组织形貌并不相同，其中图1为涂层组织形貌。

图1 涂层位置金相组织形貌图

图2 近涂层位置金相组织形貌图

图3 近基体位置金相组织形貌图

图4 基体位置金相组织形貌图

由图1可知，喷涂层位置处，组织形貌呈现波浪形，无法确定具体组织，非碳钢正常组织形貌。

由图2可知，近喷涂层位置处由两种组织形貌，一种为针状马氏体组织，一种为先共析铁素体+珠光体。针状马氏体组织出现的原因，为该处喷涂时温度超过轴体材料Ac1相变点，空冷后未进行回火所致。

由图3可知，近基体处位置处组织形貌为先共析铁素体+珠光体。

由图4可知，基体位置处组织形貌为珠光体+魏氏体组织，属于典型的过热组织形貌。

从图中也可以看到，裂纹起源于内部冶金缺陷处，由内向外扩展，裂纹开口较大。

2.2 硬度检测

采用里氏硬度计，对电机轴基体和喷涂层进行硬度检测，检测结果显示，基体硬度值在156 HB左右，喷涂层硬度值在356 HB左右，相差很大。

3 原因分析

（1）由断口形貌、宏观和微观检查可以看到，电机轴基体内部存在大量冶金缺陷和宏观裂纹，裂纹起源于基体内部冶金缺陷，由内向外扩展。

（2）常用轴体使用状态应为调质组织，即淬火+高温回火组织。而断轴基体金相组织为粗大的珠光体组织和魏氏体组织，属于正火组织形态，正火加热时，过热时间较长，造成组织粗大。魏氏组织及粗大组织形态对基体的分割作用，使电机轴强度和冲击韧性降低，脆性上升。

（3）由硬度检测结果可知，喷涂层和基体硬度值差别约200 HB，造成结合面处表面应力较大；电机轴体喷涂修复时加热温度过高，造成轴体局部区域出现淬硬马氏体组织，这些因素在外载作用下，促进缺陷开裂并扩展。

（4）由电机电流记录曲线可以看出，空压机正常运行中频繁进行加载、卸载过程，在电机轴驱动侧不断形成冲击力。基体内部缺陷在冲击力作用下，不断扩展，最终造成电机轴脆性断裂。

4 结束语

电机轴体制造品质严重不合格，基体内部存在宏观裂纹和大量冶金缺陷。在空压机正常运行过程中加载、卸载形成的冲击力作用下，内部裂纹扩展，发生断裂。

生产厂家在电机轴制造过程中，应采用合格锻件，严格制定热处理工艺，并进行产品品质检验。电厂在设备进货时，应索取相关图纸及品质证明文件。

建议对其余电机轴进行抽检，避免此类问题发生。

[1]蔡文河.电厂重要金属部件的失效及其监督[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]廖宏楷.电站锅炉试验[M].北京：中国电力出版社，2007.