變壓器開關(guān)主連桿斷裂原因分析

徐強(qiáng)

浙江省電力鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所有限公司 浙江杭州 310014

某變壓器的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)在動(dòng)作84次后，機(jī)構(gòu)主連桿突然發(fā)生斷裂，如圖1所示。該連桿的材質(zhì)為45鋼，直徑20mm，工藝為調(diào)質(zhì)處理。

圖1 某變壓器開關(guān)操作機(jī)構(gòu)主連桿斷裂

1 理化檢驗(yàn)

現(xiàn)對(duì)斷裂連桿進(jìn)行理化檢驗(yàn)分析原因。

1.1 宏觀檢查

圖2是螺母取出后的斷裂連桿，斷口處的連桿約有20°的彎曲變形。圖3是斷口的形貌，整個(gè)斷口為沖擊斷口形貌，在立體顯微鏡下觀測(cè)到A處存在寬約0.5mm的疲勞紋，對(duì)應(yīng)B處也存在，而沖擊斷口的起裂處正好為A處疲勞紋的終結(jié)處。

圖2 斷裂的連桿（螺母取出后）

圖3 斷口形貌

1.2 化學(xué)成分分析

對(duì)連桿取樣進(jìn)行光譜成分分析，結(jié)果見表1。對(duì)其分析結(jié)果判斷，斷裂連桿使用的材質(zhì)為45鋼，其成分符合GB/T 699—2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》中相應(yīng)的要求，其中wP＜0.025%、wS＜0.020%，屬特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。

表1 光譜成分分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

1.3 金相組織

對(duì)斷裂的連桿制取金相試樣，經(jīng)過磨拋侵蝕后在ZeissAxiovert200MAT光學(xué)顯微鏡下觀察，金相組織為珠光體及網(wǎng)狀分布的鐵素體，且鐵素體的形態(tài)分布存在許多平行的針片，呈現(xiàn)一定程度的魏氏組織[1]，如圖4所示。

圖4 斷裂連桿的金相組織

1.4 斷口分析

圖5 是掃描電鏡下連桿啟裂部位的形貌，斷裂從螺紋根部經(jīng)過很小的一段疲勞擴(kuò)展后迅速斷裂，圖6是瞬斷區(qū)的形貌，占據(jù)了斷口的大部分區(qū)域，呈準(zhǔn)解理特征[2]。

圖6 瞬斷區(qū)的形貌

2 分析與討論

斷裂的連桿直徑約20mm，在斷口部位彎曲了約20°，說明連桿在工作時(shí)承受很大的彎曲應(yīng)力。啟裂區(qū)的疲勞紋說明在連桿多次動(dòng)作后在螺紋根部應(yīng)力集中處逐步萌生淺表的微裂紋。連桿材質(zhì)為45鋼，按設(shè)計(jì)要求經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理應(yīng)該得到的金相組織為具有良好綜合力學(xué)性能的回火索氏體組織。而實(shí)際的金相組織為具有一定魏氏體組織的鐵素體+珠光體組織，說明連桿未進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，不僅造成連桿表面抗疲勞性能下降，而且使連桿的脆性增加，在外力的破壞下斷口呈準(zhǔn)解理的脆性特征。

3 結(jié)束語

盡管45鋼的淬透性較低，但此次連桿的直徑只有20mm，還是能夠淬透的。此次斷裂的連桿采用了正火處理來代替調(diào)質(zhì)處理，正火時(shí)加熱溫度略偏高，金相組織出現(xiàn)了魏氏體組織，有輕微的過熱現(xiàn)象，其力學(xué)性能下降，尤以沖擊性能下降為甚，從而造成連桿動(dòng)作時(shí)從疲勞裂紋處發(fā)生突然的脆性斷裂。