往复式活塞压缩机是最常用的容积式压缩机，具有制造技术成熟、压力范围广、热效率高、适应性强、排气量调节范围大、材料要求不高等优点，广泛应用于石油和化工等领域的各类气体压缩场合。活塞杆是压缩机的运动部件，其

推动活塞往复运动一次，依次完成膨胀、吸气、压缩、排气4个过程。活塞杆的主要失效形式是断裂，造成断裂的因素很多，除了疲劳载荷以外，还有加工缺陷和安装精度、介质腐蚀、结构不合理等多种因素。本文以化工生产装置的一起压缩机活塞杆断裂失效事故为例，通过检测与分析，查清造成活塞杆断裂的主要因素，为同类活塞杆断裂事故分析与改进措施提供技术指导。

 断裂的活塞杆为新替换的，材质为40CrNiMoA合金钢，由国内某厂家制造，仅仅使用了2个月就发生了断裂，寿命很短。活塞杆整个长度的较粗部分（直径φ110 mm）表面打磨光亮，左端变径小头段的侧表面明显可见加工痕迹，未发现表面热处理迹象。活塞杆断裂部位在变径小头的连接螺纹处，即在与螺帽连接的2~3螺纹扣处，活塞杆断口形貌可以看出，断口大部分区域比较平整，在断口平面的下侧有一个凹进的最后撕裂断面。活塞杆整个断口宏观形貌符合疲劳断口的形貌特征。在活塞杆断口上选区截取未受到撞击破坏的断口试样，超声波清洗干净，用扫描电镜分析断口表面微观形貌，用能谱仪检测表面化学成分。

活塞杆断口在高倍下微观形貌特征为疲劳辉纹，属于典型疲劳断裂机理。这说明活塞杆在2个月的使用过程中，螺纹根部萌生微裂纹逐渐扩展，最终造成疲劳断裂。表1断口表面成分检测结果表明，断口表面无腐蚀产物，说明活塞杆断裂与腐蚀无关。

304 不锈钢活塞杆

 

在活塞杆上截取小试样，经过研磨和抛光，利用扫描电镜对试样组织进行夹杂T物评级，用能谱仪检测夹杂物成分。活塞杆金相组织可以看出，活塞杆组织分布不均匀，呈现轴向条带状分布，这是活塞杆毛坯料扎制形成的。呈现条带状分布的金相组织中，一部分区域为比较粗大的贝氏体组织，一部分区域为细小的索氏体组织，参见图9。这说明活塞杆制造过程中的热处理状态为调质热处理，但是热处理不完全，未形成全部索氏体组织，含有较脆的粗大贝氏体组织，从而降低了活塞杆的抗疲劳强度。

根据活塞杆断口的宏观和微观形貌特征，结合活塞杆的交变载荷工况，判断活塞杆断裂属于机械疲劳失效。活塞杆材质的微观组织中发现了较多的MnS非金属夹杂物，削弱了活塞杆的承载能力，再加上组织中含有较脆的粗大贝氏体组织，这些都降低了活塞杆的抗疲劳强度，从而导致活塞杆短期内就发生疲劳断裂失效。

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