海水取水泵葉輪開裂失效分析

蒲晶菁 賀小波 吳志男 代楊聰 馬捷

摘 要：本文對(duì)海水取水泵葉輪開裂樣品進(jìn)行了失效分析工作。工作內(nèi)容包括資料調(diào)研、樣品的宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、斷口形貌觀察、斷口能譜成分分析及綜合分析。結(jié)果表明：樣品存在大量縮松、縮孔等鑄造缺陷，樣品的化學(xué)成分和維氏硬度符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。引起樣品開裂的主要原因是在鑄造缺陷部位發(fā)生縫隙腐蝕擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：取水泵 葉輪 開裂 鑄造缺陷 縫隙腐蝕

中圖分類號(hào)：P747 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（c）-0080-03

1 資料調(diào)研

某電廠在2017年檢修期間發(fā)現(xiàn)海水淡化系統(tǒng)海水取水泵葉輪開裂，為查明葉輪開裂的原因，對(duì)葉輪樣品進(jìn)行失效分析。取水泵的水力組件由蝸殼，葉輪等過流部件組成。取水泵參數(shù)如下：生產(chǎn)廠家：蘇爾壽泵業(yè)芬蘭公司；型號(hào)：D44-200；介質(zhì)：海水；流量Q=222.2L/s；揚(yáng)程H=40m；介質(zhì)密度ρ=1020kg/m3；介質(zhì)溫度T=40℃；變頻轉(zhuǎn)速=1418rpm；額定轉(zhuǎn)速=1480rpm；功率P=132kW。葉輪材料牌號(hào)為ASTM A890 3A，為鑄造雙相不銹鋼。取水泵制造工藝、運(yùn)行時(shí)間和啟停次數(shù)未知。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀檢查

樣品的宏觀形貌見圖1，由圖可見：樣品表面存在多個(gè)密集的表面缺陷區(qū)，缺陷大部分呈細(xì)長(zhǎng)彎折走向的線性缺陷，少量呈橢圓形面狀缺陷。

2.2 化學(xué)成分分析

樣品的化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，表明樣品的化學(xué)成分符合ASTM A890對(duì)3A要求。

2.3 金相檢驗(yàn)

在OLYMPUS GX71光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行金相觀察，由圖2可見，樣品的表面缺陷部位存在網(wǎng)狀裂縫，局部裂縫較寬；樣品的微觀組織為奧氏體+鐵素體組成的兩相組織。

2.4 硬度試驗(yàn)

對(duì)金相樣按照GB/T 4340.1在FM-700型維氏硬度機(jī)上進(jìn)行顯微維氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)力9.8N，保持時(shí)間15s，測(cè)試結(jié)果見表2。由表2可見：樣品的維氏硬度值符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.5 斷口形貌觀察

樣品斷口的宏觀和掃描電鏡形貌見圖3。宏觀下，斷口粗糙不平，局部存在沿晶裂縫。微觀下，斷口存在腐蝕和鑄造缺陷等兩類形貌，前者主要位于近表面部位，表面覆蓋一層呈網(wǎng)狀開裂的物質(zhì)；后者斷口存在較多縮松、縮孔等鑄造缺陷。

2.6 斷口能譜成分分析

用EDS能譜儀對(duì)樣品斷口和金相樣進(jìn)行成分分析，結(jié)果見表3。由表3可知：斷口和金相樣上主要合金元素（Cr、Ni）為金屬基體的元素，局部存在硫和氯等腐蝕性元素。

3 綜合分析

由樣品的試驗(yàn)分析結(jié)果可知，樣品存在大量縮松、縮孔等鑄造缺陷，樣品的化學(xué)成分和維氏硬度符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

樣品宏觀及滲透檢測(cè)可見表面存在多個(gè)密集的表面缺陷區(qū)，缺陷大部分呈細(xì)長(zhǎng)彎折走向的線性缺陷，少量呈橢圓形面狀缺陷；金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這些缺陷區(qū)為網(wǎng)狀裂縫，局部裂縫較寬；斷口分析發(fā)現(xiàn)存在腐蝕和鑄造缺陷等兩類形貌，前者主要位于近表面部位，且存在少量腐蝕性元素；其余部位斷口存在較多縮松、縮孔等鑄造缺陷。部分鑄造缺陷在樣品表面露頭出現(xiàn)狹窄的縫隙，使得含有腐蝕性元素的海水進(jìn)入，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，在縫隙內(nèi)發(fā)生局部腐蝕，并使得該縫隙逐漸變寬變深，導(dǎo)致樣品在表面局部開裂。綜上分析認(rèn)為引起樣品開裂的主要原因?yàn)樵阼T造缺陷部位發(fā)生縫隙腐蝕擴(kuò)展所致。

取水泵葉輪樣品由于造型復(fù)雜，采用雙相不銹鋼鑄造成型，然后再通過少量車削軸孔和葉片整形生產(chǎn)。雙相不銹鋼鑄造過程中收縮大，流動(dòng)性欠佳，吸氣能力強(qiáng)，且凝固范圍寬，導(dǎo)致產(chǎn)生大量縮松、縮孔等鑄造缺陷。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）樣品存在大量縮松、縮孔等鑄造缺陷，樣品的化學(xué)成分和維氏硬度符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）引起樣品開裂的主要原因?yàn)樵阼T造缺陷部位發(fā)生縫隙腐蝕擴(kuò)展所致。

4.2 建議

（1）嚴(yán)格控制鑄造質(zhì)量，加強(qiáng)葉輪表面檢測(cè)，盡量減少內(nèi)部縮松、縮孔等鑄造缺陷且避免露頭的鑄造缺陷存在。

（2）嚴(yán)格控制熱處理質(zhì)量，以提高耐腐蝕性能。

參考文獻(xiàn)

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