唐国庆，苏毅

（中国石油大庆石化公司检测信息技术中心，黑龙江 大庆 163714）

某化工厂丙烯腈车间P-107B轴头在使用6个月后发生断裂，断裂部位为轴变径部位，材质为316不锈钢，在运行过程中承受旋转力。为查明断裂原因，使用金相检验方法对其进行了综合分析。

1 检验内容

试件名称：P-107B轴头；材质：316；检验项目：失效分析；检验标准：GB/T13298-91；件数：1件。

腐蚀方法：王水；设备名称：倒置式金相显微镜，扫描电子显微镜：奥林巴斯PME3S-3400N。

2 宏观检验

肉眼仔细观察断裂轴头，发现该轴头断口平齐，断口所在平面与轴向基本垂直，断口无明显塑性变形。断口表面被1层黑色产物覆盖，黑色产物与轴头断口结合较紧密，采用30%盐酸水溶液清洗后，未将该产物清除。经与甲方沟通，确认该轴在酸性介质中运行，故采用20%NaOH水溶液清洗轴头，将黑色产物清除后采用10倍放大镜观察，发现断口存在明显的断裂源区、裂纹扩展区和终断区，在裂纹扩展区表面可见宏观疲劳条纹，见图1。

图1 开裂轴头断口宏观形貌

3 扫描电镜断口分析

将断裂轴头制成扫描电镜试样，经多次超声波清洗后，将轴头装入扫描电子显微镜内进行高倍观察，断裂源区断口较平滑，部分区域可见放射状条纹，裂纹扩展区可见明显的疲劳辉纹，见图2。

图2 清洗后扫描电镜下开裂部位及形貌（×2000）

裂纹扩展区和终断区都可见典型的解理或准解理形态特征。由于断口表面已经进行酸、碱清洗，故无法对断口表面进行能谱分析。

4 微观检验

将轴采用机械加工的方法制成微观金相试块，经过粗磨、多次细磨及抛光后制成微观金相试样，未腐蚀前上金相显微镜观察，发现轴头金属内非金属夹杂物较多，经评定为2.5级，见图3。

图3 微观金相试块（×100）

在轴头断口边缘仔细观察，发现断口边缘存在较多2次裂纹，2次裂纹呈现疲劳特征，见图4。

图4 断口处疲劳裂纹（×100）

将微观金相试样采用王水腐蚀后上金相显微镜观察，轴头组织为奥氏体，属于正常316不锈钢金相组织，见图5。

图5 金相组织奥氏体（×100）

5 化学成分分析及硬度检验

采用直读光谱仪对轴头进行化学成分分析，其主要化学成分有：Cr为17.03%，Ni为10.15%，Mo为2.34%，符合316不锈钢化学成分标准。

轴头硬度为：HB157，HB160，HB161，硬度值符合316不锈钢硬度标准。

6 结束语

根据失效轴头断口的宏观及微观分析所揭示的各种形态特征：断口平齐；断口所在平面与轴向基本垂直；断口附近金属无明显塑性变形；断口表面存在宏观疲劳条纹；断口微观具有明显的疲劳辉纹，存在典型的解理或准解理形态特征；断口边缘存在带有疲劳特征的2次裂纹，可以认为，该轴头在实际运行过程中承受旋转力，首先在易产生应力集中部位形成裂纹源区，扭转疲劳裂纹则沿垂直于最大剪应力方向扩展，最终导致该轴在旋转应力作用下发生的疲劳断裂。

（1）断裂可能与轴内非金属夹杂物较多有关。

（2）断裂部位在变径应力集中部位，也会加速裂纹的萌生和扩展。