排气阀片断裂分析及改进

排气阀片断裂分析及改进圜 ·垫堕 ●失效分析 ● 排气阀片断裂分析及改进 Fracture Analysis of Vent Valve Flake and Improve of System Structure 史学芳 ·。解学东 (1．西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安710071；2．中国石油天然气集团公司管材研究所，陕西西安 710071) 摘要：对压缩机排气阀片的材料成分、显微硬度、显微组织进行分析，同时对相关的限位器、阀板进行受力分析．认为排气阀片的断裂是由于限位器的结构不合理，使排气阀片...

圜 ·垫堕 ●失效分析 ● 排气阀片断裂分析及改进 Fracture Analysis of Vent Valve Flake and Improve of System Structure 史学芳 ·。解学东 (1．西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安710071；2．中国石油天然气集团公司管材研究所，陕西西安 710071) 摘要：对压缩机排气阀片的材料成分、显微硬度、显微组织进行分析，同时对相关的限位器、阀板进行受力分析．认为排气阀片的断裂是由于限位器的结构不合理，使排气阀片在与限位器接触点处形成很高的点应力集中，导致早期疲劳断裂。重新调整设计限位器的结构形状，使点接触变为线接触，改善了阀片的受力状态，从而提高了阀片的疲劳寿命。关键词：排气阀片；应力集中；疲劳断裂中圈分类号：TGI15 文献标识码：B 文章编号：1001．3814(2006)06-0070．02 某型号全封闭压缩机在试制寿命试验中．试验器显示高低压异常。分解故障机后发现排气阀片断裂。排气阀片由0．3mm高碳钢薄钢板制成，具有很高的硬度和强度，弹性好。在压缩机正常工作中。由于压缩机工作循环系统中存在压羞，在吸气过程中与阀板吸合，在排气过程中打开，阀片打开的幅度由限位器控制。 1 故障检测与分析 1．1 宏观检测出现阀片断裂的故障机，阀片在限位器接触点产生明显的压痕，宏观照片如图 1。限位器在与阀片接触的位置也有明显的磨痕，如图2。 — 鞫 § 1_ 蠹： l 瓣 _ _ 图 1 阀片断裂宏观照片 ×2 1．2 化学成分及金相显微组织检测对排气阀片进行材料化学检测分析，结果见收稿日期：2005—08—30 作者简介：史~ (1972一)，女，陕西白水人，工程师；电话：029-88202566；E—mail：shLxuefang@yahoo．com．cn 表 1。图 2 限位器上的磨损痕迹 ×2 表1排气阀片化学成分(质量分数，I，‘) C Mn Si S P 检测含量 O、98 0．45 0_35 O．015 0、O2 技术标准 O、96～1．O5 0．28~o．52 O．1O加35 ≤0．O2 ≤0．O3 阀片的化学成分相当于国产碳素工具钢 T10，符合技术标准。其显微组织为回火隐针马氏体，基体上均匀分布碳化物质点，显微组织无异常，见图3。图 3 阀片显微组织 ×100 1．3 阀片硬度检测断裂阀片的硬度为：597、612、616和 617 HV，符合企标Q／GK5111的要求。 70 《热加工工艺》2006年第35卷第 6期维普资讯 http://www.cqvip.com 1．4 断口检查在体视显微镜下对阀片断口进行观测．阀片断口处没有明显的宏观塑性变形。断口宏观形貌如图4所示。图 4 断 171宏观形貌 ×l5 在扫描显微镜下对故障机的阀片断口进行观测。发现阀片断裂源均位于与限位器接触点对应的阀片工作面处，在断口的源区可看到裂纹扩展放射纹；在裂纹扩展区有二次微裂纹。断口微观形貌如图5、图6所示。图 5 断171微观形貌 x400 图 6 断 171扩展区上的二次微裂纹 ×l 500 2 断裂原因分析从断口的宏观及微观检测中，可以看到阀片断口处没有明显的宏观塑性变形，这是疲劳破坏的一个典型特征．断裂源区位于排气阀片与限位器在排气限位器凸起的接触点上，即阀片应力最高处，断裂为疲劳断裂。阀片的疲劳断裂是由于在安装的过程中，阀片与排气限位器在排气限位器凸起点处接触，并形成很高的应力集中点。阀片在工作的过程中以一定的频率往复震动，在该应力集中点不断产生周期疲劳作用力，形成裂纹源。并在进一步的循环作用力下，裂纹经过多次张开闭合逐渐扩展。使剩余部分的截面不能再承担该应力而最终断裂。阀片的硬度、金相组织正常。为防止排气过程中阀片与限位器吸合，在限位器表面设计了一个突起的筋，这条突起筋在装配中与阀片形成很高的应力接触点，如图7箭头处。阀片的断裂均起源于该点，为提高阀片的使用寿命，必须改善阀片的受力状态，重新设计限位器，使点接触变为线接触，以降低接触应力。改进后的限位器如图8所示图 7 故障限位器上 ×2 图 8 改进后的限位器 ×2 3 结论 (1)排气阀片的断裂是由于阀片与限位器在接触点处形成很高的应力集中造成的。 (2)将点接触改为线接触后，有效地防止了故障的发生。田《热加工工艺》2006年第35卷第6期 71 维普资讯 http://www.cqvip.com

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