原作者:吴荣仁 陆君毅 出处:选自《机械工程师》
【论文摘要】通过对某大型活塞式压缩机连杆小头衬套事故的分析，指出铝青铜作为连杆小头衬套的材质存在的某些缺陷。
1 事故现象
某厂工艺压缩机，型号为M-235/2.4～13.7,最大活塞力45t。在使用数月后停车检修时发现一只连杆小头衬套在两进油孔侧沿轴向油槽方向有两条长穿透裂纹，其中半瓦AEB裂纹长度为136mm,半瓦AEB裂纹长度为89mm,如图1所示。
图1连杆小头衬套裂纹示意图
检查小头衬套内表面只存在局部擦亮和色变痕迹，无严重擦伤和磨损现象。对衬套内孔进行了测量，实测的结果见表1。实测方位见图2。
图2连杆小头衬套实测方位示意图
表1连杆小头衬套实测数据-内径偏差
1-62-73-84-95-10DCBA-0.5200+0.030-0.2300.590-0.350
| |
A |
B |
C |
D |
| 1-6 |
-0.520 |
-0.450 |
-0.350 |
-0.520 |
| 2-7 |
-0.060 |
-0.170 |
-0.120 |
0 |
| 3-8 |
+0.060 |
-0.055 |
-0.110 |
+0.030 |
| 4-9 |
-0.095 |
-0.230 |
-0.220 |
-0.230 |
| 5-10 |
-0.520 |
-0.460 |
-0.400 |
-0.590 |
|
2 事故分析
2.1连杆小头衬套材质确认
我们对连杆小头衬套的材质进行了化学分析和能谱分析，结果见表2。
表2化学分析，能谱分析结果 |
| 分析方法 |
次数 |
成份 |
测试单位 |
| Sn |
Zn |
Pb |
N2 |
Cu |
| 化学分析 |
1 |
5.45 |
0.29 |
30.25 |
- |
- |
浙江省冶金研究所 |
| 2 |
4.57 |
- |
19.81 |
- |
- |
杭氧集团公司 |
| 能谱分析 |
1 |
4.05 |
1.20 |
29.52 |
0.54 |
64.69 |
浙大中心实验室 |
| 2 |
1.6 |
2.13 |
50.45 |
0.78 |
45.04 |
| 3 |
5.29 |
1.06 |
4.58 |
0.82 |
86.54 |
|
压缩机生产厂家提供的资料也表明连杆小头衬套的材质为ZCuPb20Sn5,属铅青铜。
2.2 事故分析
由于铅青铜ZCuPb20Sn5铸造性能差，材质分布很不均匀，存在严重的铅析出现象，直接影响连杆小头衬套的机械强度和性能。根据连杆小头衬套的运动状态和受力特征可以推想轴瓦容易在受力最大方位被拉长，由表1的实测数据可知，连杆衬套内孔已成椭圆，椭圆长轴处在图2所示受力最大的A-B方位，短轴处在进油孔方位。变形不断扩大的结果，最后导致连杆小头衬套沿两侧进油孔的轴向油槽方向产生136mm和89mm的两条裂纹。
滑动轴承的材质应具有如下一些特征；减摩性要好，具有良好的嵌入性和饱合性以及良好的抗胶合性能；导热性也要好，能及时将热量外散，能较易形成边界膜，同时对润滑油生成的有机酸或过氧化物起到抗腐蚀作用；具有高的承载能力，受载时不能破裂或不发生塑性变形。从事故现象看显然ZCuPb20Sn5的承载能力已不能满足要求。
3 结论
1)铅青铜ZCuPb20Sn5铸造性能差，存在严重的铅析出现象，降低了整体的机械强度和机械性能。
2)根据资料[1]锡青铜的承载能力高于铅青铜，因此建议大型活塞压缩机连杆小头衬套采用锡青铜。实际应用中也收到了预期效果。 |
