1Cr9MoVNbN鋼閥座裂紋分析

陳 嘯，張小伍，李興東

(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046)

1 事故調(diào)查

某機(jī)組在檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)閥座上端面堆焊司太立合金處出現(xiàn)裂紋，閥座基體材質(zhì)為1Cr9MoVNbN，堆焊司太立合金材質(zhì)為鈷基6#，閥座運(yùn)行溫度556℃。

2 斷口分析

2.1 斷口宏觀分析

從已經(jīng)產(chǎn)生裂紋的閥座上取樣進(jìn)行裂紋原因分析。由圖1可見(jiàn)，裂紋形成于司太立合金與基材接合處，在堆焊的司太立合金層延展，主裂紋長(zhǎng)約200mm，主裂紋上可見(jiàn)多條次生裂紋。將裂紋面打開(kāi)，其形貌見(jiàn)圖2，斷面呈銀白色，裂紋沿閥座基材和堆焊司太立合金接合處開(kāi)裂，斷面上有一條光亮的磨損帶，在光亮的磨損帶邊緣可見(jiàn)放射狀條紋，裂紋從閥座內(nèi)弧側(cè)起裂。

圖1 閥座裂紋形宏觀形貌

圖2 閥座斷口宏觀形貌

2.2 斷口微觀分析

在掃描電子顯微鏡下觀察打開(kāi)的主裂紋斷面，斷口微觀特征見(jiàn)圖3，斷面是典型的脆性解理斷口。

圖3 光亮磨損處微觀形貌

圖4 內(nèi)部擴(kuò)展區(qū)微觀形貌

3 理化檢驗(yàn)

3.1 化學(xué)成分分析

按照GB/T223“鋼鐵及合金化學(xué)分析方法”系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥座基材1Cr9MoVNbN和堆焊司太立6#進(jìn)行化學(xué)分析，其化學(xué)成分分析結(jié)果均符合技術(shù)要求。

3.2 力學(xué)性能

對(duì)閥座1Cr9MoVNbN鋼進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，鋼的室溫力學(xué)性能指標(biāo)均符合技術(shù)要求。

表1 1Cr9MoVNbN鋼力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3.3 金相組織分析

對(duì)閥座試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，金相照片見(jiàn)圖5，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，閥座基材和堆焊司太立合金間有一條1～2mm的白亮層，裂紋從白亮層邊緣起始，閥座鋼基材晶粒度不符合技術(shù)要求。

圖5 基材組織金相照片×100

表2 閥座1Cr9MoVNbN鋼金相檢驗(yàn)結(jié)果

圖6 焊縫處白亮層裂紋照片×100

3.4 硬度檢驗(yàn)

(1)按照GB/T4340“金屬維氏硬度試驗(yàn)”對(duì)葉片進(jìn)汽邊試樣沿司太立合金向基體進(jìn)行維氏硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，白亮層處維氏硬度明顯高于司太立合金處硬度。

表3 閥座金相試樣維氏硬度測(cè)試值

(2)在閥座堆焊司太立合金金相試樣上進(jìn)行HRC測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4，堆焊司太立6#絡(luò)氏硬度高于標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求。

表4 閥座金相試樣HRC測(cè)試值

4 分析與討論

(1)司太立合金是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質(zhì)合金［1］。耐磨堆焊其原理是用焊接方法在零件表面熔敷一層耐磨性能材料，延長(zhǎng)其使用壽命的工藝過(guò)程［2］。耐磨鈷基合金堆焊工藝守則規(guī)定，原則上1Cr9MoVNbN鋼在堆焊司太立合金前要求堆焊鎳基過(guò)渡層，且過(guò)渡層的厚度要大于2mm。從閥座的解剖分析結(jié)果來(lái)看，閥座堆焊司太立合金前未堆焊鎳基過(guò)渡層。

(2)從閥座材質(zhì)分析來(lái)看，堆焊后在閥座基材和司太立合金接合處形成一層厚度不等的高硬度白亮層，白亮層的硬度遠(yuǎn)高于相鄰的1Cr9MoVNbN鋼和司太立合金的硬度，在很窄的區(qū)間內(nèi)形成很大的硬度梯度，使該區(qū)域的韌性較低，抗沖擊能力很差。在運(yùn)行過(guò)程中閥頭對(duì)閥座有很大的沖擊力，在沖擊載荷作用下在白亮硬化層處產(chǎn)生裂紋，裂紋沿著司太立合金及與基材接合處不斷擴(kuò)展，形成大裂紋。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)閥座產(chǎn)生裂紋的主要原因是堆焊后在閥座基材與司太立合接合處形成高硬度的硬化層。

(2)閥座堆焊司太立合金前未堆焊鎳基過(guò)渡層，對(duì)司太立合金與基材過(guò)渡區(qū)形成高硬度層有一定影響。

［1］劉玉珍，桂業(yè)煒.司太立合金的性能及應(yīng)用(Ⅱ)［J］.機(jī)械工程材料.1992，6.

［2］邵元祥，鄭紅麗.鈷基合金耐磨堆焊工藝及應(yīng)用［J］.鍋爐制造.2011，5.