韓玉龍

（山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西太原 030009）

0 引言

HT250 是一種常見的材料，被廣泛用于要求高強(qiáng)度和一定耐蝕能力的泵殼、容器、塔器、填料箱本體等，還可用于制作機(jī)床床身、立柱等。

某熱力公司在使用循環(huán)泵時(shí)，1 臺(tái)循環(huán)泵發(fā)生泵殼破裂事故。該泵殼材料為HT250，為查明泵殼破裂的原因，通過(guò)對(duì)發(fā)生破裂的泵殼進(jìn)行外觀檢查、力學(xué)性能試驗(yàn)分析、硬度試驗(yàn)分析、金相顯微組織分析和泵殼強(qiáng)度有限元分析，對(duì)破裂的泵殼進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)分析研究。

1 過(guò)程與結(jié)果

1.1 外觀檢查

對(duì)發(fā)生斷裂的泵殼進(jìn)行外觀檢查，可見泵殼上存在縱向連續(xù)裂縫，蝸形體隔舌的舌角一側(cè)存在連續(xù)裂縫，泵殼縱向連續(xù)裂縫如圖1 所示，泵殼另一側(cè)如圖2所示，蝸形體隔舌的舌角頂側(cè)如圖3 所示，蝸形體隔舌的舌角一側(cè)連續(xù)裂縫如圖4 所示。

圖1 泵殼縱向連續(xù)裂縫

圖2 泵殼另一側(cè)裂縫

圖3 蝸形體隔舌的舌角頂側(cè)裂縫

圖4 蝸形體隔舌的舌角一側(cè)連續(xù)裂縫

1.2 泵殼材料分析

對(duì)泵殼材料進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)分析、硬度試驗(yàn)分析、金相顯微組織分析。截取泵殼支撐腳部分材料，測(cè)得支撐腳底板部分的厚度為44 mm。泵殼材料的力學(xué)性能拉伸試驗(yàn)試樣制樣（試樣編號(hào)為1、2）、硬度試驗(yàn)試樣制樣（試樣編號(hào)為3、4）、金相顯微組織分析試樣制樣。

1.2.1 加工試樣外觀檢查

泵殼材料機(jī)加工試棒加工面上可見彌散分布的孔洞，泵殼鑄件存在疏松缺陷，編號(hào)為1 的機(jī)加工試棒如圖5 所示，編號(hào)為2 的機(jī)加工試棒如圖6 所示。

圖5 編號(hào)為1 的機(jī)加工試棒

圖6 編號(hào)為2 的機(jī)加工試棒

1.2.2 力學(xué)性能試驗(yàn)分析

對(duì)泵殼材料進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)分析，力學(xué)性能泵殼材料抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表1。試驗(yàn)結(jié)果表明，泵殼材料拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值低于標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定的HT250 材料最小抗拉強(qiáng)度要求。

表1 泵殼材料抗拉強(qiáng)度

1.2.3 硬度試驗(yàn)分析

對(duì)泵殼材料進(jìn)行硬度試驗(yàn)分析，泵殼材料硬度試驗(yàn)結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，泵殼材料的硬度試驗(yàn)值低于標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定的H215 灰鑄鐵硬度要求。

表2 泵殼材料硬度試驗(yàn)

1.2.4 金相顯微組織分析

對(duì)泵殼材料進(jìn)行金相顯微組織分析，泵殼材料金相顯微組織結(jié)果表明，石墨類型為A 類型（片狀石墨呈無(wú)方向性分布、有部分粗大厚片狀石墨分布），石墨長(zhǎng)度為3 級(jí)，珠光體數(shù)量為2級(jí)（珠95，珠光體數(shù)量＜98～95%），碳化物數(shù)量為1 級(jí)，磷共晶數(shù)量為2 級(jí)，石墨分布形態(tài)1×100 如圖7 所示，石墨分布形態(tài)2×100 如圖8 所示，基體組織1×100 如圖9 所示，基體組織2×100如圖10 所示。

圖7 石墨分布形態(tài)1×100

圖8 石墨分布形態(tài)2×100

圖9 基體組織1×100

圖10 基體組織2×100

1.3 泵殼強(qiáng)度有限元分析

事故時(shí)運(yùn)行工況泵殼強(qiáng)度有限元分析結(jié)果表明，隔舌起始部位、隔舌的舌角部位及蝸形體內(nèi)流道隔板部分的上邊部為應(yīng)力較高的區(qū)域，是泵殼易發(fā)生破壞的區(qū)域，泵殼應(yīng)力場(chǎng)云圖如圖11 所示。

圖11 泵殼應(yīng)力場(chǎng)云圖

2 分析與討論

泵殼材料力學(xué)性能拉伸試驗(yàn)及硬度試驗(yàn)結(jié)果表明：泵殼材料拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度值低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的HT250 材料抗拉強(qiáng)度要求，泵殼材料的硬度試驗(yàn)值低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的H215 灰鑄鐵硬度要求。由此表明，該HT250 材料的泵殼強(qiáng)度明顯偏低，塑性、韌性較差。

泵殼材料機(jī)加工試棒加工面上可見彌散分布的孔洞，泵殼鑄件存在疏松缺陷。泵殼材料金相組織中，石墨長(zhǎng)度3 級(jí)，石墨長(zhǎng)度較長(zhǎng)，部分粗大厚片狀石墨，為不良石墨形態(tài)。泵殼鑄件存在疏松缺陷，與泵殼材料組織中的不良石墨形態(tài)有關(guān)。泵殼材料金相組織中的不良石墨形態(tài)分布，泵殼鑄件存在疏松缺陷，對(duì)泵殼力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)泵泵殼破裂的主要原因：泵殼材料金相組織中的不良石墨形態(tài)分布，泵殼鑄件存在疏松缺陷，對(duì)泵殼力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。泵殼材料不滿足泵的使用工況。