解决方案
工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造
SOLUTION
汽轮机中压调速汽门门杆断裂分析
周新灵，陈啸
）（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046
摘某电厂汽轮机中压调速汽门门杆发生断裂，采用断口分析和性能分析等方法对门杆的断裂原因进行了分析。结要：
果表明：门杆断裂位置渗氮时未做防护，渗氮后会使此处脆性增加，进一步加剧了应力集中效应，门杆中心的压力平衡孔严重偏离门杆中心，使门杆受力时形成偏载，门杆是在交变冲击载荷、偏载和应力集中效应的共同作用下形成裂纹源，裂纹扩展至临界裂纹尺寸时发生疲劳断裂。
中压调速汽门门杆；渗氮；应力集中；疲劳断裂关键词：
中图分类号：T K264文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2011）11－0131－02
CHEN Xiao
Fracture Analysis of Turbine IP Governor Stop Pole
ZHOU Xin-ling ，
（Harbin Turbine Company limited, Harbin 150046, China ）
Abstract ：A turbine IP governor stop pole of a power plant fractured. The reasons of the fracture were analyzed by using crack analysis and property analysis. It indicated that the fracture place was not protected when nitriding, its brittleness increased after nitriding, then it aggravated stress concentration effect. The pressure center hole of the pole deviated from its center seriously, it lead to partial load when the pole bearing pressure. The forming of crack source was affected together by alternating impact load, partial load and stress concentration effect. The fatigue fracture happened when the crack extended to its critical size.
Key words ：IP governor stop pole; nitriding; stress concentration; fatigue fracture
防渗氮保护区断裂位置
1事故调查某电厂
超临界空冷机组运行近1年，大修解体
断裂位置
后发现中压调速汽门门杆断裂一根，
3
材质分析
在中压调速汽门门杆上取样，检测分析门杆的化学成分、力学性能和金相组织。
2.1
宏观分析门杆断口的宏观照片如图2所示，门杆
3.1
化学成分分析
在门杆上取样，门杆的化学成分分析结果如表1所示。由表1可见，门杆的化学成分符合标准B/HJ424-2004中的规定。
表1
项目
C
Si
测试值0.200.30
0.250.50
（a ）门杆断口的微观形貌
（b ）门杆断口的微观形貌
图1
门杆断裂位置示意图
图3
材质为2Cr12NiMo1W1V ，工作温度为566℃，门杆断裂位置如图1所示。2
断口分析
裂纹源
断在距端部837mm 的排汽孔处，断口起始于排汽孔处的两个小缺
图2门杆断口的宏观照片
2Cr12NiMo1W1V 钢的化学成分
Mn 0.581.00
P ≤
S
Cr
Mo
V
W
/Wt%Ni
Cu
口，排汽孔边缘线较为尖锐，未作圆角过渡处理。门杆断面的裂纹源区较为平坦，有明显的放射状条纹［1］，断口都呈深灰色，断面都被严重氧化、磨损，门杆的压力平衡孔都偏离门杆中心。2.2
断口微观分析
门杆断口的微观形貌如图3所示，门杆断口上可见韧窝、撕裂棱和二次裂纹。
0.0210.00511.561.000.221.020.520.12
≤11.00-0.90-0.20-0.90-0.50-≤0.0300.03013.001.250.301.251.000.30
标准值0.20-≤0.50-
3.2力学性能
门杆的力学性能分析结果如表2所示。由表2可
见，门杆的力学性能指标符合B/HJ424-2004中的规定值。
机械工程师2011年第11期
131
解决方案
SOLUTION
工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造
大直径铸铁盘类零件的工艺试验分析
杜洪芳
）（中国工程物理研究院，四川绵阳621900
摘要：大直径盘类零件在工业产品中的应用越来越广泛，而此类零件因其结构的特性，在加工过程中易变形，零件精
度不易控制，其加工难度也成了加工行业内棘手的问题。文中以大型工业压缩机中的铸铁扩压器板零件为例，通过四轮工艺试验，对比分析试验数据，对加工过程中产生的变形进行剖析，最终采用立车定位压装的精加工方法，有效控制了扩压器板零件的加工变形的问题。
加工变形；装夹应力关键词：
中图分类号：T H162文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2011）11－0132－03
1引言盘类零件，其结构如图1所示。
该零件正面是锥型面和各台阶内圆，背部为8根放射状结构的加强筋，在背部准672.5圆处的加强筋面上又对称分布着4个高48.5mm 的支脚。零件各部位厚度不均匀，最薄处壁厚仅12.7mm ，约为外径尺寸的1/72，而最厚该零件结构刚性差，加工稳的地方厚度65.91mm 。可见，
定性差，易产生应力集中，引起加工变形。这个零件的关
键要素是止口外径准873.05-0.12，止口端面与大端面的距0离尺寸54.77-0.12，且平行度要求0.25mm 。
扩压器板是大型工业压缩机中的零件。在加工过程中发现，该零件由于受其结构、灰口铸铁材质特性、装夹应力和热变形等综合因素的作用，加工过程易变形，工件尺寸和形位精度不易保证。针对零件的装夹和车削方式，进行了工艺性试验，对试验件的加工变形状态进行了分析，在加工方法和装夹方分析结果的指导下不断优化工艺路线、
式，从而有效地解决了扩压器板零件加工变形的难题，对大直径盘类零件的加工变形控制都有一定的借鉴作用。2
扩压器板零件分析
扩压器板零件外轮廓直径准914.27-0.1，属于一个大型
零件材料是灰口铸铁HT250，一般情况下，这种材料的零件稳定性好，不易变形，适用于制作机床床身、轴承座允许渗氮的；门杆断裂位置渗氮时未做防护，渗氮后会使此处脆性增加，会进一步加剧了应力集中效应。门杆在工作状态下承受拉应力和汽流变化引起的交变冲击载荷作用，门杆中心的压力平衡孔严重偏离门杆中心，使门杆受力时形成偏载，应力集中区对冲击载荷和偏载是非常敏感的。门杆是在交变冲击载荷、偏载和应力集中效应的共同作用下形成裂纹源，裂纹扩展至临界裂纹尺寸时发生疲劳断裂［2］。5
结论与建议
（1）中压调速汽门门杆的断裂性质是疲劳断裂，渗氮时未按设计要求作防渗氮处理，导致应力集中区的脆性增加是门杆断裂的主要原因，机械加工上的不足也是促使门杆断裂的原因之一。
（2）建议中压调速汽门门杆不需要渗氮位置要做好防渗氮保护，保证机械加工质量。
［参考文献］
表2
项目
2Cr12NiMo1W1V 钢的力学性能试验结果
R P0.2/N·mm -2R m /N·mm -2A /%
800805≥760
10101010≥930
13.013.5
Z /%35.536.5
硬度295HB 297HB
门杆测试值1门杆测试值2标准值
≥12≥32277-331HB
3.3金相组织
在门杆的断口上取样制备金相样品，门杆的金相照
片如图4所示，门杆夹杂物评定结果为A1、B2.5、D1，断口处渗氮层深0.25～0.33mm ，门杆金相组织都为回火索氏体，晶粒上有碳化物，晶粒度为4级。
（a ）门杆组织照片×100（b ）门杆断口处渗氮层照片×100
［1］崔约贤，王长利. 金属断口分析［M ］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出
版社，1998.
［2］孙志，江利，应鹏展. 失效分析-基础与应用［M ］. 北京：机械工业
出版社，2005.
（编辑毕
胜）
图4
4综合分析
从断口分析来看，门杆的断裂位置处于几何突变区，
门杆排汽孔处边缘未做圆角过渡处理，是应力集中区。从中压调速汽门门杆设计要求来看，门杆的断裂区域是不
），女，工程师。作者简介：周新灵（1979-收稿日期：2011-07-26
132
机械工程师2011年第11期
解决方案
工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造
SOLUTION
汽轮机中压调速汽门门杆断裂分析
周新灵，陈啸
）（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046
摘某电厂汽轮机中压调速汽门门杆发生断裂，采用断口分析和性能分析等方法对门杆的断裂原因进行了分析。结要：
果表明：门杆断裂位置渗氮时未做防护，渗氮后会使此处脆性增加，进一步加剧了应力集中效应，门杆中心的压力平衡孔严重偏离门杆中心，使门杆受力时形成偏载，门杆是在交变冲击载荷、偏载和应力集中效应的共同作用下形成裂纹源，裂纹扩展至临界裂纹尺寸时发生疲劳断裂。
中压调速汽门门杆；渗氮；应力集中；疲劳断裂关键词：
中图分类号：T K264文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2011）11－0131－02
CHEN Xiao
Fracture Analysis of Turbine IP Governor Stop Pole
ZHOU Xin-ling ，
（Harbin Turbine Company limited, Harbin 150046, China ）
Abstract ：A turbine IP governor stop pole of a power plant fractured. The reasons of the fracture were analyzed by using crack analysis and property analysis. It indicated that the fracture place was not protected when nitriding, its brittleness increased after nitriding, then it aggravated stress concentration effect. The pressure center hole of the pole deviated from its center seriously, it lead to partial load when the pole bearing pressure. The forming of crack source was affected together by alternating impact load, partial load and stress concentration effect. The fatigue fracture happened when the crack extended to its critical size.
Key words ：IP governor stop pole; nitriding; stress concentration; fatigue fracture
防渗氮保护区断裂位置
1事故调查某电厂
超临界空冷机组运行近1年，大修解体
断裂位置
后发现中压调速汽门门杆断裂一根，
3
材质分析
在中压调速汽门门杆上取样，检测分析门杆的化学成分、力学性能和金相组织。
2.1
宏观分析门杆断口的宏观照片如图2所示，门杆
3.1
化学成分分析
在门杆上取样，门杆的化学成分分析结果如表1所示。由表1可见，门杆的化学成分符合标准B/HJ424-2004中的规定。
表1
项目
C
Si
测试值0.200.30
0.250.50
（a ）门杆断口的微观形貌
（b ）门杆断口的微观形貌
图1
门杆断裂位置示意图
图3
材质为2Cr12NiMo1W1V ，工作温度为566℃，门杆断裂位置如图1所示。2
断口分析
裂纹源
断在距端部837mm 的排汽孔处，断口起始于排汽孔处的两个小缺
图2门杆断口的宏观照片
2Cr12NiMo1W1V 钢的化学成分
Mn 0.581.00
P ≤
S
Cr
Mo
V
W
/Wt%Ni
Cu
口，排汽孔边缘线较为尖锐，未作圆角过渡处理。门杆断面的裂纹源区较为平坦，有明显的放射状条纹［1］，断口都呈深灰色，断面都被严重氧化、磨损，门杆的压力平衡孔都偏离门杆中心。2.2
断口微观分析
门杆断口的微观形貌如图3所示，门杆断口上可见韧窝、撕裂棱和二次裂纹。
0.0210.00511.561.000.221.020.520.12
≤11.00-0.90-0.20-0.90-0.50-≤0.0300.03013.001.250.301.251.000.30
标准值0.20-≤0.50-
3.2力学性能
门杆的力学性能分析结果如表2所示。由表2可
见，门杆的力学性能指标符合B/HJ424-2004中的规定值。
机械工程师2011年第11期
131
解决方案
SOLUTION
工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造
大直径铸铁盘类零件的工艺试验分析
杜洪芳
）（中国工程物理研究院，四川绵阳621900
摘要：大直径盘类零件在工业产品中的应用越来越广泛，而此类零件因其结构的特性，在加工过程中易变形，零件精
度不易控制，其加工难度也成了加工行业内棘手的问题。文中以大型工业压缩机中的铸铁扩压器板零件为例，通过四轮工艺试验，对比分析试验数据，对加工过程中产生的变形进行剖析，最终采用立车定位压装的精加工方法，有效控制了扩压器板零件的加工变形的问题。
加工变形；装夹应力关键词：
中图分类号：T H162文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2011）11－0132－03
1引言盘类零件，其结构如图1所示。
该零件正面是锥型面和各台阶内圆，背部为8根放射状结构的加强筋，在背部准672.5圆处的加强筋面上又对称分布着4个高48.5mm 的支脚。零件各部位厚度不均匀，最薄处壁厚仅12.7mm ，约为外径尺寸的1/72，而最厚该零件结构刚性差，加工稳的地方厚度65.91mm 。可见，
定性差，易产生应力集中，引起加工变形。这个零件的关
键要素是止口外径准873.05-0.12，止口端面与大端面的距0离尺寸54.77-0.12，且平行度要求0.25mm 。
扩压器板是大型工业压缩机中的零件。在加工过程中发现，该零件由于受其结构、灰口铸铁材质特性、装夹应力和热变形等综合因素的作用，加工过程易变形，工件尺寸和形位精度不易保证。针对零件的装夹和车削方式，进行了工艺性试验，对试验件的加工变形状态进行了分析，在加工方法和装夹方分析结果的指导下不断优化工艺路线、
式，从而有效地解决了扩压器板零件加工变形的难题，对大直径盘类零件的加工变形控制都有一定的借鉴作用。2
扩压器板零件分析
扩压器板零件外轮廓直径准914.27-0.1，属于一个大型
零件材料是灰口铸铁HT250，一般情况下，这种材料的零件稳定性好，不易变形，适用于制作机床床身、轴承座允许渗氮的；门杆断裂位置渗氮时未做防护，渗氮后会使此处脆性增加，会进一步加剧了应力集中效应。门杆在工作状态下承受拉应力和汽流变化引起的交变冲击载荷作用，门杆中心的压力平衡孔严重偏离门杆中心，使门杆受力时形成偏载，应力集中区对冲击载荷和偏载是非常敏感的。门杆是在交变冲击载荷、偏载和应力集中效应的共同作用下形成裂纹源，裂纹扩展至临界裂纹尺寸时发生疲劳断裂［2］。5
结论与建议
（1）中压调速汽门门杆的断裂性质是疲劳断裂，渗氮时未按设计要求作防渗氮处理，导致应力集中区的脆性增加是门杆断裂的主要原因，机械加工上的不足也是促使门杆断裂的原因之一。
（2）建议中压调速汽门门杆不需要渗氮位置要做好防渗氮保护，保证机械加工质量。
［参考文献］
表2
项目
2Cr12NiMo1W1V 钢的力学性能试验结果
R P0.2/N·mm -2R m /N·mm -2A /%
800805≥760
10101010≥930
13.013.5
Z /%35.536.5
硬度295HB 297HB
门杆测试值1门杆测试值2标准值
≥12≥32277-331HB
3.3金相组织
在门杆的断口上取样制备金相样品，门杆的金相照
片如图4所示，门杆夹杂物评定结果为A1、B2.5、D1，断口处渗氮层深0.25～0.33mm ，门杆金相组织都为回火索氏体，晶粒上有碳化物，晶粒度为4级。
（a ）门杆组织照片×100（b ）门杆断口处渗氮层照片×100
［1］崔约贤，王长利. 金属断口分析［M ］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出
版社，1998.
［2］孙志，江利，应鹏展. 失效分析-基础与应用［M ］. 北京：机械工业
出版社，2005.
（编辑毕
胜）
图4
4综合分析
从断口分析来看，门杆的断裂位置处于几何突变区，
门杆排汽孔处边缘未做圆角过渡处理，是应力集中区。从中压调速汽门门杆设计要求来看，门杆的断裂区域是不
），女，工程师。作者简介：周新灵（1979-收稿日期：2011-07-26
132
机械工程师2011年第11期