油田输水泵中弹簧故障的解析

信息来源:        发布时间:[2015年07月22日]

 断口扫描电镜(SEM)分析和分别为弹簧断口的低倍形貌及源区的电子显微像,可见到清晰的扩展条纹,并显示出其扩展条纹源于由表面进入到基体内的微裂纹所产生。为源区附近发现的疲劳断裂电子显微特征,瞬断区则表现为穿晶断裂及二次裂纹的微观形貌,最后断裂区有细小的韧窝存在。弹簧的表面有大量的拉伤、晶界加宽开裂、部分脱落等现象。

  浸蚀后:表面开口缺陷大都沿晶界分部,局部缺陷深达近十个晶粒。表面与心部组织无明显区别,组织亦为单相奥氏体。横截面晶粒呈等轴状,纵截面晶粒沿轴向呈方向性分布,形变滑移线较少。3弹簧抛光态(500@)弹簧抛光态(500@)0弹簧截面表层金相(200@)1弹簧横截面表层金相(200@)2弹簧横截面金相(200@)3弹簧纵截面金相(200@)316综合分析综合以上分析可以看出,断裂弹簧材质为1Cr18Ni9,此类弹簧可在腐蚀性环境中工作,属具有耐腐蚀性能的弹簧。

  某油田注水泵阀体弹簧断裂分析13此外,断口的微观观察表明,弹簧表现为疲劳断裂特征,裂纹源来自弹簧外表面的缺陷处,源区附近均可见到疲劳辉纹特征,瞬断区则以解理断裂和穿晶断裂为主,并伴有二次裂纹存在。因而可以判断,该弹簧的断裂是由表面缺陷所致的脆性疲劳失效。

  随着交变载荷的持续作用,疲劳源前沿的滑移线就扩展成为裂缝,并又在其末端形成扫帚状的滑移束,使滑移中的一条滑移线又成为裂缝,这使得裂缝的发展得到了一次飞跃。当裂缝的发展使该处截面所受的剪切应力超过抗拉强度时,弹簧即破断。表面缺陷的存在不但可大大加速弹簧的疲劳失效过程,而且还可改变弹簧失效性质,使之表现为瞬间脆性破断。此外,环境介质对弹簧产生的氧化和腐蚀影响也对弹簧的疲劳断裂起到了促进作用。

  结论与建议(1)弹簧的化学成分符合1Cr18Ni9不锈钢的标准值要求,其硬度和金相组织均属正常。(2)弹簧属脆性疲劳断裂失效,弹簧在制作过程中所产生的表面缺陷(包括表面拉伤、晶界加宽开裂、表面凹坑以及表面毛刺等)是导致弹簧断裂失效的主要原因。环境介质所产生的氧化腐蚀影响对弹簧的疲劳断裂起到了促进作用。(3)提高弹簧钢丝的拉拔质量、改进弹簧绕制工艺、对成形后的弹簧进行喷丸处理,以提高弹簧的表面质量,这些均可有效降低弹簧的疲劳失效几率。