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日本TOKIMEC叶片泵材料磨损失效分析

发表时间:2019-01-25 14:49

  国产泵使用过程中普遍存在使用寿命短的问题,磨损是其中最常出现的缺 陷。要想从根本上提高泵的可靠性,应该从系统工程的角度出发,综合考虑泵的 使用状况,对材料、设计、制造工艺等多方面因素加以研究。 目前叶片泵的常用材料有高铅系、锚铝系等,材料品种较少。本例对某公司 叶片泵的38CrMoA1AW6Mo5Cr4V2磨损失效件进行分析。

(1)实验与分析

外观检查

材质:叶片泵定子材料为38CrMoA1A,叶片材料为W6Mo5Cr4 V2 0 送检的2组叶片泵已存在严重磨损。其中1一叶片泵定子内侧工作表面局部 区域(吸油工作区)的主要磨损失效形式为粘着磨损; 2一叶片泵定子内侧工作 表面局部区域(吸油工作区)的主要磨损失效形式为伴有微小振动的滑动磨损。金相分析失效零件用线切割方法截取试样,并磨制成金相试样。用光学 显微镜进行观察,放大倍数为10倍和440倍。金相试样浸蚀前的显微镜观察显示 2种材料内部微观夹杂物和微洞等缺陷少,组织较为致密均匀,材料质量正常。 经4%硝酸酒精浸蚀后进行显微镜观察, 1 #2#叶片的金相组织主要由马 氏体和细粒状碳化物组成。1#2#叶片相比,存在少量块状碳化物,尺寸较粒状碳化物大5~10倍。1# 2#定子的基体与表面层金相组织不同,基体组织主要由定向回火索氏体构成。 定子表面氮化层的显微镜观察结果表明: 1 #定子氮化层外表面存在断续、 极薄的化合物自亮层,自亮层最厚处约为lμm左右,其氮化层主要由扩散层组 成,扩散层厚度为13~ 16μm,氮化层脆性级别为1级,氮化物形态为1; 2# 定子氮化层外表面存在较为连续的化合物白亮层,厚度为2. 5μm左右,次表面 为扩散层,厚度为15~17μm,氮化层脆性级别为1级,氮化物形态为1级。 硬度分析对各试样基体组织分别进行洛氏硬度和显微硬度测量,显微 硬度的载荷为200g,持载时间为308,测量结果如表1-1所示。 表1-1基体硬度测量结果(2)分析和讨论

从叶片泵的硬度分析结果看, 1 #叶片材料硬度平均值为62.4HRC,与定子 构成的摩擦副硬度差为28.4HRC; 2 #叶片材料硬度平均值为66.2HRC,与定 子构成的摩擦副硬度差为33.9HRC; 2 #叶片泵的叶片硬度较高,有利于提高叶 片的耐磨性。

从金相分析结果看, 1 #定子氮化层主要由扩散层构成,外表面白亮化合物 层不连续存在,且极薄, 2#定子氮化层除了扩散层外,外表面还存在连续的白 亮化合物层,其厚度较1#定子的化合物层厚、硬度也较高,应表现出比1#定 子高的抗磨损性能,但是从两失效的叶片泵定子看,内侧工作面的磨损深度均已 超过氮化层的厚度,故两叶片泵的结构尺寸和工作环境介质对材料的磨损失效形 式有很大影响。

根据金相组织和硬度分析结果,从材料角度考虑,适当提高叶片硬度和氮化 层深度,有利于提高叶片泵的耐磨性和使用寿命。

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