某電廠3根調(diào)節(jié)閥桿在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生斷裂，活塞桿的材料牌號(hào)為1Cr11MoV，由于活塞桿淬火冷卻速度慢，調(diào)質(zhì)后形成淬火冷卻不足組織。閥桿的斷口分析表明閥桿的斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂，閥桿端部及螺紋局部被氮化，在氮化組織中形成顯微裂紋，增加了螺紋的脆性，導(dǎo)致螺紋在運(yùn)行中出現(xiàn)局部剝落現(xiàn)象，形成偏載，進(jìn)一步加劇了螺紋處的應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致閥桿疲勞斷裂。

1、調(diào)節(jié)閥桿斷裂的原始情況

　　某電廠的3根調(diào)節(jié)閥發(fā)生斷裂，斷裂位置如圖1所示，按順序編號(hào)為1#、2#和3#，調(diào)節(jié)閥桿的材質(zhì)為1Cr11MoV。將斷裂的閥桿從螺帽中取出，做斷口分析和材質(zhì)檢驗(yàn)分析。

2、斷口分析

2.1、宏觀斷口分析

　　調(diào)節(jié)閥斷裂的宏觀形貌如圖1(a)、圖1(b)和圖1(c)

圖1 調(diào)節(jié)閥斷口宏觀形貌

　　所示，1#調(diào)節(jié)閥桿只有一個(gè)斷面，斷口呈淺紅色，邊緣局部呈深灰色，有清晰的貝紋線。2#、3#調(diào)節(jié)閥桿有3~5個(gè)斷面，自定位銷及螺紋處開(kāi)裂，形成多個(gè)斷面，2#斷口呈淺紅色，邊緣有小區(qū)域呈黑色，3#斷口全部呈黑色，局部可見(jiàn)海灘裝花樣。3根調(diào)節(jié)閥斷面都與調(diào)節(jié)閥桿垂直，沒(méi)有明顯的塑性變形的痕跡，斷面已被嚴(yán)重氧化和磨損。

2.2、微觀斷口分析

　　因?yàn)?#、3#調(diào)節(jié)閥斷口磨損嚴(yán)重，把1#調(diào)節(jié)閥斷口放入電鏡觀察，微觀形貌如圖2所示，斷口源區(qū)磨損較為嚴(yán)重，擴(kuò)展區(qū)有明顯的貝紋線，收斂于斷口邊緣的螺紋處，見(jiàn)圖2(a)，斷口擴(kuò)展區(qū)大部分是解理斷裂，見(jiàn)圖2(b)，斷口上未見(jiàn)疲勞輝紋。

圖2 調(diào)節(jié)閥斷口的掃描電鏡照片

3、材質(zhì)分析

3.1、化學(xué)成分分析

　　在1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥上取樣，測(cè)試了調(diào)節(jié)閥的化學(xué)成分，分析結(jié)果如表1所示。由表1可知，3根調(diào)節(jié)閥的化學(xué)成分都符合標(biāo)準(zhǔn)B/HJ479-2006的規(guī)定。

表1調(diào)節(jié)閥的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)測(cè)試結(jié)果 /%

3.2、硬度分析

　　1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥的硬度值分別為HB222、HB224和HB233，調(diào)節(jié)閥桿設(shè)計(jì)要求的屈服強(qiáng)度等級(jí)為490MPa，相對(duì)應(yīng)的硬度值規(guī)定為HB217～248，3根調(diào)節(jié)閥的硬度值都符合標(biāo)準(zhǔn)B/HJ479-2006的規(guī)定。

3.3、金相分析

　　在1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的螺紋處的縱剖面制備金相樣品，做低倍檢查，夾雜物檢查結(jié)果為A1、B2、D1.5e。

圖3 調(diào)節(jié)閥金相組織照片

　　分別在調(diào)節(jié)閥桿端面上制備金相樣品，金相組織如圖3(a)、(b)所示。在金相樣品的邊緣觀察到氮化層，氮化層深為0。25～0。38mm，在氮化層邊緣及內(nèi)部有許多微小的顯微裂紋，對(duì)調(diào)節(jié)閥桿的螺紋處進(jìn)行腐蝕，發(fā)現(xiàn)螺紋處局部有氮化的痕跡，且被氮化的螺紋處大都有螺紋剝落發(fā)生，調(diào)節(jié)閥桿金相樣品的晶粒度都為4級(jí)，金相組織為回火索氏體。

4、綜合分析

　　按照調(diào)節(jié)閥桿的設(shè)計(jì)要求，閥桿上的定位銷孔的位置應(yīng)位于自閥桿端部螺紋長(zhǎng)度的約四分之一處，1#調(diào)節(jié)閥桿上定位銷孔的位置符合設(shè)計(jì)要求，在定位銷孔處未出現(xiàn)開(kāi)裂，2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的定位銷孔的位置都靠近閥桿螺紋上部的端面，都不符合設(shè)計(jì)要求，在2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的定位銷孔都出現(xiàn)開(kāi)裂，導(dǎo)致閥桿多處發(fā)生斷裂。閥桿的斷口分析表明閥桿的斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂，裂紋自螺紋表明萌生，向內(nèi)部擴(kuò)展。設(shè)計(jì)上要求閥桿氮化時(shí)對(duì)螺紋以上區(qū)域應(yīng)做好防護(hù)，防止氮化，閥桿的材質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果表明，閥桿端部的大面積及螺紋的局部有氮化層，表明閥桿在氮化過(guò)程中未能對(duì)螺紋進(jìn)行有效的防護(hù)，致使閥桿端部及螺紋局部被氮化，在氮化組織中形成顯微裂紋，增加了螺紋的脆性，導(dǎo)致螺紋在運(yùn)行中出現(xiàn)局部剝落現(xiàn)象，形成偏載，進(jìn)一步加劇了螺紋處的應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致閥桿疲勞斷裂。

5、結(jié)語(yǔ)

　　1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂，材質(zhì)都符合B/HJ479-2006的規(guī)定。閥桿在做氮化處理時(shí)未對(duì)螺紋進(jìn)行有效防護(hù)，致使閥桿端部及螺紋局部被氮化，這是閥桿發(fā)生疲勞斷裂的主要原因。

　　建議今后調(diào)節(jié)閥桿氮化時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求做好防護(hù)，防止螺紋被氮化。