滑动支持轴承巴氏合金失效机理分析及预防措施研究

安海阳，张晓东，赵卫军，文圆圆

（东方汽轮机有限公司，四川 德阳 618000）

0 引言

汽轮机机组的滑动支持轴承，承担着支撑核心部件转子的作用，它由本体和巴氏合金组成。巴氏合金在机组中尽管数量很少却至为关键[1]。因其一旦失效，对机组运行安全的影响将是巨大的，轻者导致轴颈拉毛，重则使转子轴系标高下降，造成通流部件的严重损伤[2]。某电厂在机组正常运行期间，#2支持轴承金属温度骤然升高至135℃致使机组非停。通过翻瓦检查，发现轴承巴士合金已严重损坏并存在分层现象，其中下瓦因承担载荷的原因，约50%巴士合金脱落基体失效。此次事故发生在机组正常运行期间，且机组此前并未有异常动作或征兆，初步分析与轴承巴氏合金性能有关，因此对轴承下半的合金进行分析。

1 材料检验及原因分析

对该事故轴承材料检验内容包括化学成分，基体和巴氏合金层的结合情况以及组织分析三方面。具体分析结果如下：

（1）化学成分检查，在碾瓦后的巴氏合金层中取样。相对与该巴氏合金层材料，化学成分分析结果显示合金层中Cu、Fe、Pb元素偏高，Sb元素偏低。

（2）基体和巴氏合金层的结合检查，对试样上轴承瓦体和巴氏合金层结合面进行观察，发现试样的结合面出现了脱巴的现象（详见图1）。

图1 脱巴现象

（3）巴氏合金层的组织分析，对各个试样的巴氏合金层的组织进行分析后，发现各个试样巴氏合金层的组织均为黑色基体α相+少量的方块状β相+点状或者针状的ε相，瓦体和巴氏合金结合面均发现了脱巴现象，且存在因脱巴引起的裂纹，详见图2，同时碾瓦区域，其黑色基体α相的晶界明显粗化。

图2 组织分析

1.1 原因分析

合金层中Cu、Fe、Pb元素偏高，Sb元素偏低。这与轴承的制造工艺密切相关，由于采用离心浇注方式进行制造，浇注后，在巴氏合金层的冷却过程中，若工艺不当，因Cu和Sb等元素的比重差异较大，在离心力作用下，极易发生偏析，从而导致在合金层取样时主要的Cu和Sb偏离规范值。

通过对组织、瓦体和巴氏合金结合面的结合情况进行分析，发现存在脱巴现象，并且在脱巴区域发现了因脱巴引起的裂纹，巴士合金产生脱巴后，转子和轴承的间隙发生变化，在相对运动时导致碾瓦产生，在后续继续碾瓦过程中，巴氏合金产生裂纹[3]。

通过如上分析，该轴承发生碾瓦事故是因为轴承巴氏合金成分偏析及脱巴造成的。脱巴与轴承的制造、使用都存在关系。由于篇幅所限，本文就加工过程中预防脱巴问题结合个人工作经验阐述如下。

2 加工中预防脱巴措施

（1）基体含碳量过高，碳元素对巴氏合金与本体的结合是有害的，碳含量越高，结合能力越差。通常的辅助工具如浇包采用铸铁类工件制造，目的是防止巴氏合金粘结到工具上造成成本损失；而要提高结合强度，就必须采用低碳钢如25钢、20钢等材料作为基体材料[4]。

（2）本体残余应力过高，基体锻件来料时余量较大，致使加工去除量过大，而加工后未进行去应力处理。 应力过大容易造成巴氏合金脱壳，因此，需要增加来料或加工过程中的去应力处理的工序。

（3）巴氏合金加工余量过大，瓦体浇巴上下半分割后，车削过程并没有按原浇巴配对车削，上下半巴氏合金厚度不均匀[5]。巴氏合金粗车过程一刀切，造成较大的加工余量形成挤压脱壳。

3 结语

轴承巴氏合金出现失效问题，终究与材料、工艺、制造及使用过程的控制问题相关。通过合理更改材料、调整热处理工序、优化操作等方面的技术改进，可以解决巴氏合金的失效，从而增加轴承的强建性，提高其在实际使用过程中应对恶劣工况的容错率。