30Cr1Mo1V转子失效分析及预防措施

张 莉 盖文广

(中国第一重型机械股份公司，黑龙江161042)

30Cr1Mo1V转子失效分析及预防措施

张 莉 盖文广

(中国第一重型机械股份公司，黑龙江161042)

通对30Cr1Mo1V转子进行金相及断口分析，阐述转子主要失效原因。结果表明，转子失效主要是成分偏析造成的。

30Cr1Mo1V；转子；失效；成分偏析

30Cr1Mo1V转子经精加工后，在轴颈外圆周表面沿轴向分布较为密集的条带状缺陷，与基体比较，颜色呈暗灰色，与基体形成明显的反差。通过金相检验、扫面电镜及能谱分析对该缺陷进行了检测，以找出引起缺陷的原因，避免该缺陷再次发生，提高产品质量。

1 实验结果与分析

1.1 金相分析

为了研究30Cr1Mo1V转子失效的原因，在转子轴颈表面进行取样。制备金相试样，经抛光腐蚀后，在宏观状态下观察，发现试样有白亮带耐腐蚀区域形成，如图1箭头标注处所示，与基体形成鲜明的对比。

图1 试样宏观形貌Figure 1 The macro-appearance of samples

在光学显微镜进一步放大观察，其正常区域和耐蚀区的显微组织形貌如图2所示。由图2(a)可以看出，耐蚀区与正常区的组织明显不同。正常区域为贝氏体回火组织，耐腐蚀区组织致密，晶粒细小，显微组织为细片状珠光体。耐蚀区在高倍数下观察，发现有密集的白色颗粒物均匀地分布，如图2(b)所示。对白色颗粒物进行成分分析，如图3所示。由图3可知，白色颗粒物主要为Mo、Fe、C、Si、V、Cr，由于Mo、 V、Cr为强碳化物形成元素，而Si为非碳化物元素，所以可以判定，此白色颗粒物为以Mo、Fe为主的金属间化合物，直径在1 μm～3 μm之间。

通过以上观察可知，试样耐腐蚀区是由成分偏析造成的。在热处理过程中，合金元素阻碍了晶粒的长大，导致出现细小的晶粒。

1.2 断口分析

分析成分偏析在工件内部的延续性，即检验其内部是否也存在这样的带状偏析，在工件心部取样进行断口检验。在断面上发现数条沿纵向平行分布的灰白色带状区域，其最大长度约12 mm，在该区的断裂源有明显的条带状及块状物缺陷，见图4(a)中箭头标注处，其放大后形貌见图4(b)中A、B区域。经能谱分析(见图5)，A区缺陷性质为MnS夹杂物。虽然B区中块状物与工件表面显微组织中耐腐蚀区的金属间化合物成分基本一致，但与金属间化合物相比，尺寸都较大，最大长度为0.2 mm，而金属间化合物尺寸一般较小，因此判定该块状物为未熔解的钼铁合金块。

(a)低倍

(b)高倍图2 耐腐蚀区组织形貌Figure 2 The microstructure of anti-corrosion area

图3 耐蚀区颗粒物成分分析Figure 3 The composition analysis of particulate matter of anti-corrosion area

大合金块周围的碎小合金块是未充分熔解的结果。由于钼铁合金块钼含量较高，与C的亲和力很强，导致C及其他合金元素形成的碳化物向合金块扩散，最终形成成分复杂的钼铁合金块。

其他灰白色带状区域没有发现未熔解钼铁合金块，但其断裂源基本都存在较长的细条状MnS夹杂物，最大长度2.5 mm左右。

应用能谱仪分别在图4(a)所示的白色带状区域及正常区进行成分分析，其结果见表1。可以看出，与正常区相比，带状区合金含量较高，尤其Mo起伏变化较大，据此可以判定带状区为成分偏析区[1]。

(a)低倍

(b)高倍图4 断口形貌Figure 4 The appearance of fracture

(a)A区

(b)B区图5 能谱分析Figure 5 The energy spectrum analysis表1 成分分析(质量分数，%)Figure 1 The composition analysis (mass fraction, %)

CSiMoVCrMn带状区正常区0.640.540.510.595.181.661.100.532.401.751.631.42

图6 偏析区微观形貌Figure 6 The micro-appearance of segregation area

图7 正常区微观形貌Figure 7 The micro-appearance of normal area

从断裂方式分析，偏析区为准解理，呈碎片状，见图6。正常区为解理，呈“河流花样”特征形貌，见图7。由于合金成分可提高工件的韧性，所以偏析区比正常区的韧性好，以致二者的断裂方式存在差异。同时，根据断口的形貌大致可以看出，偏析区的晶粒比正常区的细小。

2 分析与讨论

综上所述， 转子轴颈外圆周面出现的暗灰色条带状区是由成分偏析引起的。

在偏析区内，合金元素含量明显比正常区的高，尤其钼的偏析更加严重。这种偏析现象已延伸到内部，并且有加重的趋势，心部个别区域出现未充分熔解的钼铁合金块，可以说明这一点。

在偏析区内，杂质主要为条带状MnS夹杂物，沿偏析区长度方向以一条或数条分布，最大长度2.5 mm左右。

3 结论

钢的偏析程度与锭型、钢种、冶炼质量及浇注条件有关，合金元素、杂质及气体的含量均会加重偏析程度。建议采取以下措施控制偏析：

(1)加大浇铸过程中铸坯的冷却速度，加快冷却速度可抑制溶质元素凝固时的析出，同时也可细化晶粒。

(2)调整合金元素含量，在成分允许的范围内减少合金元素浓度可减少凝固时的偏析。

(3)外加添加剂，在中间包或结晶器内加入形核剂，可增加晶核利于扩大等轴晶，减少偏析。

[1] 李维尚.金属材料金相热处理检验方法与技术标准及缺陷金相图谱[M]．河北：北方工业出版社，2007.

编辑 杜青泉

Failure Analysis and Precaution Measures of 30Cr1Mo1V Rotor

Zhang Li, Gai Wenguang

By carrying out the metallographic analysis and the facture analysis for 30Cr1Mo1V rotor, the main failure cause of rotor has been explained. The results show that the failure of rotor is mainly caused by the composition segregation.

30Cr1Mo1V; rotor; failure; composition segregation

2016—09—14

张莉(1986—)，女，助理工程师，硕士，从事金相检验工作。

TG316.1+92

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