撈渣機鏈條斷裂失效分析

趙秋童，龍 娟（四川省電力工業調整試驗所，四川成都610071）

撈渣機鏈條斷裂失效分析

趙秋童，龍 娟（四川省電力工業調整試驗所，四川成都610071）

本文利用宏觀分析、金相組織分析、斷口微觀形貌SEM分析以及硬度測試等方法對某火電廠撈渣機鏈條斷裂的誘因進行分析。研究結果顯示，撈渣機鏈條出現斷裂的首要誘因是在焊接過程中由于操作不當導致滲碳淬火之后，沿晶界產生了晶間微觀裂紋，在長期的外部載荷的作用下，發展成宏觀裂紋，最終導致斷裂。

撈渣機；鏈條斷裂；誘因分析

1 引言

某火電廠#2機組累計運行總天數不到20d，撈渣機鏈條發生3處鏈接環斷裂。鏈條為國外進口，說明書無材質說明，光譜分析為TSL-6，Si 0.38%，Mn 0.89%，Cr 1.36%，Mo 0.24%，Ni 1.53%，運行期間有結焦和刮板斷裂現象，斷面經滲透檢測發現有環向裂紋。

為找出該鏈條斷裂的原因，特對其中2個斷裂的鏈條環進行宏觀分析、斷口形貌分析、洛氏硬度檢測及金相組織檢驗。由于來樣尺寸所限，未進行拉伸試驗。

2 撈渣機鏈條斷裂失效的原因

導致撈渣機鏈條出現斷鏈、掉鏈以及脫鏈等現象的原因跟某個零件的結構形式、運行工況和部件生產工藝均有關系，一般來說撈渣機鏈條出現上述情況的誘因包括以下幾種：①撈渣機鏈條由于刮板出現形變，導致其周圍鏈條的間隔距離在這段范圍內縮小，和周圍驅動鏈輪、拖輪、張緊輪以及導輪之間的距離偏離設計值。撈渣機鏈條與導輪之間的間隔變小是導致鏈條失效的一個重要影響因素。②撈渣機鏈條在投入使用一段時間之后，摩擦力會隨之減小，使其不能及時的進行張緊工作，最終導致鏈條失效。③導輪輪面太過光滑或者輪面太過狹窄也非常容易導致撈渣機鏈條出現掉鏈或者脫鏈的現象。④撈渣機箱體自身發生形變導致撈渣機鏈條出現掉鏈以及脫鏈。

3 分析結果

3.1 宏觀分析

斷裂鏈條斷口近似為平斷口，斷口表面與鏈條軸向近似垂直，斷口毗鄰部位金屬未發生明顯的塑性變形，整個斷口宏觀上表現出典型的脆性斷裂特征，見圖1～2。

圖1 #1斷裂環斷面A宏觀形貌

圖2 #2斷裂環斷面C宏觀形貌

每個鏈接環都由一條焊縫連接成環，通過觀察試樣發現，2個環發生斷裂的位置均未在焊縫上。相對而言，#1斷裂環斷裂位置離焊縫中心較近，距離約15mm，#2鏈條斷面橫截面外圈有肉眼可見的環向裂紋，環向裂紋距離斷口邊緣約1.5mm。

3.2 斷口形貌SEM分析

對#1斷面A和#2試樣斷面C進行SEM斷口形貌分析。掃描結果顯示，#1和#2試樣在距離斷口橫截面邊緣約1200μm左右存在環向裂紋，見圖3、圖5。由于未從產品質量文件內查到該鏈條的處理工藝，故參考其他電廠同類型式撈渣機鏈條加工工藝及本次實際金相觀察結果，初步推斷此鏈條經過表面滲碳處理，此環向裂紋可能存在于滲碳過渡層上。此外，#1試樣的斷面A的斷裂起始區域存在一條由外向內斜向發展的裂紋（僅從橫截面上看）。兩個斷口的斷裂起始區域斷口形貌表現為韌窩狀，見圖4、圖6。最終斷裂區域形貌主要表現為韌窩狀。從分析結果來看，斷口韌窩小而淺，表明該鏈條塑性較差。

圖3 #1試樣斷面A斷裂起始區域SEM圖

圖4 #1試樣斷面A斷裂起始區域SEM圖

圖5 #2試樣斷面C斷裂起始區域SEM圖

圖6 #2試樣斷面C斷裂起始區域SEM圖

3.3 硬度檢驗

對#1試樣的心部、表面進行了洛氏硬度檢驗。測點1位于試樣橫截面心部位置，測點2、3、4為橫截面上同一條半徑上不同位置的測點，在試樣外表面每隔5mm取一個測點進行硬度檢驗，其測點分別記為5、6、7，檢驗結果如表1所示。

表1 #1試樣硬度檢測結果

檢測結果表明，鏈條環由心部到表面，硬度逐漸增大，且外表面硬度遠大于心部硬度，由此可進一步推斷該鏈條經過表面工藝處理，與掃描結果符合。相關資料顯示，對該類部件進行滲碳淬火+低溫回火處理后，其表面硬度可達58～62HRC，心部硬度可達35～45HRC，滲氮處理后表面硬度一般在68HRC以上。因此，可以確認該鏈條進行了表面滲碳處理。

3.4 金相分析

對#1和#2斷裂環在靠近斷口約10mm處的橫截面進行了金相檢驗。檢驗按照DL/T 884-2004進行，采用機械磨制，化學拋光，體積比4%的硝酸酒精腐蝕。

檢驗結果顯示未在此橫截面發現環向裂紋，兩個斷裂環組織相同，心部組織為回火馬氏體+少量貝氏體。參照標準《鋼件滲碳淬火回火金相組織檢驗》（GB/T 25744-2010）的6.5“心部組織級別”評定，該心部組織級別為3級。

表層滲碳層組織為隱針馬氏體+細針馬氏體。參照標準GB/T 25744-2010分別對馬氏體、殘余奧氏體、碳化物進行評級：馬氏體針長4～8μm，評為3級；殘余奧氏體含量小于10%，評為2級；有極少量細顆粒狀碳化物，碳化物級別評為1級。

參照標準GB/T 25744-2010，僅對該鏈條組織從滲碳工藝角度進行評判，則兩個鏈條環的滲碳后的金相組織合格。由于生產廠家未提供相關撈渣機鏈條的材質、熱處理方式以及專用的鏈條金相檢驗標準，故以上參照GB/T 25744-2010的評級僅供參考。

4 結論

根據宏觀、微察分析和硬度檢測結果，并參考其他電廠同類型式撈渣機鏈條處理工藝，可判斷該鏈條表面經過滲碳處理。表面滲碳處理，可以使鏈條獲得高的表面硬度、高的耐磨性和疲勞強度，并保持心部低碳鋼熱處理后的強韌性，使工件能承受沖擊載荷。僅從滲碳工藝角度看，該鏈條滲碳處理后的金相組織未見異常。

從斷口宏觀分析可以看出，滲碳過渡層位置存在環向裂紋，而在距離斷口約8mm處的橫截面上卻未發現環向裂紋，可見該環向裂紋并非普遍存在，并未貫穿整個鏈條環的滲碳過渡層。由此推斷，該鏈條的部分鏈條環在局部位置的滲碳過渡層存在環向裂紋。這種局部存在的環向裂紋可能是鏈條在制造生產過程中由于滲碳及熱處理等原因導致發生滲碳層脆化，也可能是因為承受異常沖擊載荷后馬氏體脆性開裂造成。

該撈渣機在運行過程有結焦和刮板斷裂現象，結焦和刮板卡澀會導致鏈條運轉不暢，受到異常的沖擊力，致使一側環斷裂，然后在大沖擊力的作用下，另一側也發生斷裂。

綜上所述，對撈渣機鏈條斷裂的原因作出如下推斷：結焦及刮板異常使得撈渣機鏈條卡澀后承受過載的異常沖擊力，致使鏈條在有環向裂紋的位置發生斷裂。

5 建議

（1）建議清理撈渣機里面的結焦。

（2）建議對刮板是否有卡澀的問題進行檢查并處理。

（3）對其余鏈條進行探傷檢驗，查看表面是否有裂紋。

[1]《火電廠金相檢驗與評定技術導則》（DL/T 884-2004）.

[2]《鋼件滲碳淬火回火金相組織檢驗》（GB/T 25744-2010）.

[3]徐 春，趙學峰，朱志貴.1890t/h鍋爐撈渣機常見故障與處理[J].發電設備，2015（02）：23～24.

TG115

A

2095-2066（2016）34-0069-02

2016-11-24

趙秋童（1980-），男，大專，主要從事電站鍋爐、壓力容器、壓力管道定期檢驗、金屬材料失效分析及無損檢測工作。