变压器开关主连杆断裂原因分析

徐强

浙江省电力锅炉压力容器检验所有限公司 浙江杭州 310014

某变压器的开关操作机构在动作84次后，机构主连杆突然发生断裂，如图1所示。该连杆的材质为45钢，直径20mm，工艺为调质处理。

图1 某变压器开关操作机构主连杆断裂

1 理化检验

现对断裂连杆进行理化检验分析原因。

1.1 宏观检查

图2是螺母取出后的断裂连杆，断口处的连杆约有20°的弯曲变形。图3是断口的形貌，整个断口为冲击断口形貌，在立体显微镜下观测到A处存在宽约0.5mm的疲劳纹，对应B处也存在，而冲击断口的起裂处正好为A处疲劳纹的终结处。

图2 断裂的连杆（螺母取出后）

图3 断口形貌

1.2 化学成分分析

对连杆取样进行光谱成分分析，结果见表1。对其分析结果判断，断裂连杆使用的材质为45钢，其成分符合GB/T 699—2015《优质碳素结构钢》中相应的要求，其中wP＜0.025%、wS＜0.020%，属特级优质钢。

表1 光谱成分分析（质量分数） （%）

1.3 金相组织

对断裂的连杆制取金相试样，经过磨抛侵蚀后在ZeissAxiovert200MAT光学显微镜下观察，金相组织为珠光体及网状分布的铁素体，且铁素体的形态分布存在许多平行的针片，呈现一定程度的魏氏组织[1]，如图4所示。

图4 断裂连杆的金相组织

1.4 断口分析

图5 是扫描电镜下连杆启裂部位的形貌，断裂从螺纹根部经过很小的一段疲劳扩展后迅速断裂，图6是瞬断区的形貌，占据了断口的大部分区域，呈准解理特征[2]。

图6 瞬断区的形貌

2 分析与讨论

断裂的连杆直径约20mm，在断口部位弯曲了约20°，说明连杆在工作时承受很大的弯曲应力。启裂区的疲劳纹说明在连杆多次动作后在螺纹根部应力集中处逐步萌生浅表的微裂纹。连杆材质为45钢，按设计要求经过调质处理应该得到的金相组织为具有良好综合力学性能的回火索氏体组织。而实际的金相组织为具有一定魏氏体组织的铁素体+珠光体组织，说明连杆未进行调质处理，不仅造成连杆表面抗疲劳性能下降，而且使连杆的脆性增加，在外力的破坏下断口呈准解理的脆性特征。

3 结束语

尽管45钢的淬透性较低，但此次连杆的直径只有20mm，还是能够淬透的。此次断裂的连杆采用了正火处理来代替调质处理，正火时加热温度略偏高，金相组织出现了魏氏体组织，有轻微的过热现象，其力学性能下降，尤以冲击性能下降为甚，从而造成连杆动作时从疲劳裂纹处发生突然的脆性断裂。