一种核电设备水闸门减速器轴失效原因的综合判定方法与流程

本发明属于核电设备安全性检测技术领域，尤其是涉及一种核电设备水闸门减速器轴失效原因的综合判定方法。

背景技术：

基于全球能源十分缺乏的综合现状，核能作为一种低碳、清洁的密集型能源，受到了世界各国的大力发展。目前，由于我国能源需求数量巨大且急剧增长，能源利用引起的温室气体排放总量还在进一步增加，为了响应节能、环保、低碳、减排的号召，核电作为我国构建低碳型能源结构、应对气候变化的合理有效选择，在我国也处于飞速发展阶段。然而每一座核电厂房的安全稳定运行都关系到整个行业的发展，关系到国家社会的安全稳定发展，因此核电设备的安全性保障工作至关重要。

在核电厂房内设有乏燃料水池和燃料转运仓，用于存放和转运核反应堆产生的乏燃料组件。在乏燃料水池与燃料转运仓之间有一水闸门，用于隔离乏燃料水池与燃料转运仓，以便对燃料转运仓进行充水和排水以及对转运仓内设备进行维修。水闸门的开闭是利用设置在乏燃料水池平台上的减速器传动，通过工作人员转动手柄摇杆来控制的。由于只有在进行充水或者排水时，以及对转运舱内设备进行维修时，才会对水闸门进行开闭的操作，所以水闸门每年开闭次数约10次左右。手柄摇杆和传动轴直接相连，减速器通过联轴器内带有键的轴，实现与传动轴的连接传动。由于水闸门对于乏燃料水池与燃料转运仓的充水排水有着重要作用，减速器轴断裂致使水闸门的正常开关受到影响，进而影响两个区域的之间的正常连通，无法实现乏燃料组件的正常传递，危害到燃料组件存放的安全性。因此，减速器轴的失效将直接关系到整个核电设备的使用寿命及其结构完整性，影响到整个核电厂房的安全稳定运行。

核电厂房内水闸门减速器轴发生过早失效的案例在国内外都鲜有发生，几乎没有对齐进行研究或报道过。本次失效核电厂房内的水闸门减速器轴的设计寿命为40年，但仅运行不到12年就发生了断裂，该失效案例的失效模式、机理以及原因对于核电设备的安全性检测和核电厂房的正常稳定运行有着重要意义。但由于目前没有系统的关于此类核电设备水闸门减速器轴的失效分析方法，无法对轴的失效原因进行准确分析。所以对轴的失效开展系统的表征分析，正确确定轴失效的各项原因，研究核电设备水闸门减速器轴失效原因的综合判定方法，可以为快速、正确、有效地解决此类轴的过早失效提供重要的依据。研究成果不仅对确保我国在用或新建的核电厂房内应用了减速器的设备的安全运行有重要意义，而且对电力、石化、化工、冶金等其他工业的减速器的正确防护也具有实用参考价值，给国家经济发展带来极大的经济效益，给社会的安全稳定发展带来重要的保障。

技术实现要素：

本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种可以快速、正确、有效地判断核电设备水闸门减速器轴失效原因的综合判定方法。

本发明提出的核电设备水闸门减速器轴失效原因的综合判定方法，具体步骤如下：

（１）：背景资料整理与分析，包括对核电厂房的背景资料、核电厂房内部设备的运行工况、水闸门减速器轴的相关技术参数等进行整理与分析，确定水闸门减速器轴失效的环境概况；

（２）：检验与试验分析，通过利用各种设备和多种理化检验方法对水闸门减速器轴进行外观形貌观察、材质检验以及微区分析等，所述理化检验方法包括外观检验与取样、材料成分试验、夹杂物试验、金相组织试验、显微硬度试验、力学性能试验、宏观形貌分析试验、三维体视显微镜分析试验、扫描电镜与能谱分析试验、二次离子质谱仪分析试验以及应力计算分析等；

（３）：综合分析判定，得出结论并给出合理建议，具体为：结合步骤（１）的背景信息和步骤（２）的各项分析测试结果，通过裂纹起裂分析、材料脆性分析等对水闸门减速器轴失效的形式和机理进行综合分析，从而准确判定轴失效的原因，给出具体的结论，并针对失效原因提出针对性的预防或改进措施。

本发明中，步骤（１）中所述的背景资料整理与分析包括的内容有：

① 核电厂房的背景资料，包括厂房的具体作用、内部设置、各区域的功能及作用，运行参数等；

② 核电厂房内部设备的运行工况，包括减速器的各项参数、水闸门的各项参数、手柄摇杆驱动机构的各项参数等；

③ 水闸门减速器轴的相关技术参数，包括轴的位置、尺寸、材质等参数；

本发明中，步骤（２）中所述检验与试验分析包括的内容有：

① 外观检验与取样，包括长度的尺寸测量、各段直径的尺寸测量、键槽的尺寸测量以及减速器轴整体形貌的观察、轴断裂位置的观察、对应断口的观察和标定、区分A、B两个断口等；

② 材料成分试验，采用两种不同型号的直读光谱仪（OES）对减速器轴进行化学成分分析，并为了准确测定其中的C、S含量，通过采用碳硫分析仪对两种元素分别进行测定，测试结果取每次测量三组数据的平均值；

③ 夹杂物试验，将减速器轴沿横向切割，并利用镶嵌料制成样品，在抛光态下利用金相显微镜在100倍视场下观察夹杂物的分布情况，并选取代表性区域，根据相关标准判定其种类和评级；

④ 金相组织试验，将减速器轴沿纵向切割，并利用镶嵌料制成样品，经磨抛、腐蚀后在金相显微镜下观察试样的金相显微组织，并对不同位置的组织情况使用不用的放大倍率进行观察，根据相关标准判定其种类；

⑤ 显微硬度试验，将减速器轴纵向切割，断面研磨抛光后利用镶嵌料制成样品，采用显微硬度计在试验载荷980.7mN（HV_0.1)、保持时间为10秒的试验条件下，对试样进行显微硬度测试，并根据不同区域统计其维氏显微硬度分布情况；

⑥ 力学性能试验，将减速器轴材料制成标准试样后，根据需要进行拉伸试验、压缩试验、冲击试验、扭转试验、疲劳试验等；

⑦ 宏观形貌分析试验，通过肉眼观察和相机拍摄观察，对减速器轴进行宏观形貌分析，并分别对水闸门减速器A、B两个断口进行形貌分析；

⑧ 三维体视显微镜分析试验，利用三维体视显微镜对水闸门减速器A、B两个断口分别进行观察分析试验，对失效断口表面的裂纹分布情况进行观察，寻找起裂点；对断口表面的形貌进行观察，分析判断断裂发生的起始位置，判断是否发生塑性形变；对断口的颜色、磨损情况、腐蚀物分布情况、杂质分布情况等进行观察；

⑨ 扫描电镜与能谱分析试验，利用扫描电镜（SEM）以及能谱分析（EDS）对A、B两个断口表面进行微区分析，在低放大倍率下选取不同的区域观察表面微观形貌特征、裂纹分布、腐蚀物分布、杂质分布、等情况；在高放大倍率下选取不同的区域观察表面微观形貌特征、晶粒状态、夹杂物分布、晶界状态等；使用能谱分析（EDS）对具体的点和面进行化学成分测定，确定该微区的化学成分组成，判定是否含有腐蚀产物或其他杂质元素；

⑩ 二次离子质谱仪分析试验，利用二次离子质谱仪（SIMS）对A、B两个断口进行表面分析，对痕量组分进行深度剖析，可在微观(um级)上观察表面的特征，也可以对同位素进行分析和对低原子序数的元素(如氢、锂、铍等)进行分析；

⑪ 应力计算分析，利用力学分析计算公式等，对减速器轴的受力进行计算和分析，并根据相关的标准进行对比，并通过建模的方式对轴进行有限元分析，测定轴的力学性能是否符合现实的工况使用要求以及设计要求。

本发明中，步骤（３）所述的综合分析判定，得出结论并给出合理建议包括的内容有：

① 裂纹起裂分析，通过宏观形貌分析试验、三维体视显微镜分析试验对裂纹的分布、扩展等情况进行综合观察和分析，并结合材料成分试验、夹杂物试验、金相组织试验、显微硬度试验、力学性能试验以及扫描电镜与能谱分析试验确定裂纹的起裂点、裂纹产生原因和扩展机理并进行分析；

② 材料脆性分析，通过宏观形貌分析试验、三维体视显微镜分析试验对A、B两个断口的表面颜色、形貌、腐蚀物以及杂质分布等情况进行综合观察和分析，并结合材料成分试验、夹杂物试验、金相组织试验、显微硬度试验、力学性能试验以及扫描电镜与能谱分析试验确定材料脆性产生的原因并进行分析；

③ 结论与建议，通过上述的各项资料与检验检测手段，进行综合分析判定轴失效的原因，给出具体的结论，并提针对失效原因提出行之有效的预防或改进措施。

本发明中，所述步骤（２）①步的外观检验与取样的具体实验步骤为：

（１）将断裂的水闸门减速器轴拼合成完整状态后，水平放置于干净的白底桌面上；

（２）将标尺与轴平行放置，俯视角度拍摄整体形貌照片；

（３）将断裂的减速器轴平行放置，分别标为A、B断口，俯视角度拍摄照片；

（４）将断裂的减速器轴分别竖直放置，断口一面竖直向上，俯视角度拍摄断口形貌照片。

本发明中，步骤（２）中⑧步的三维体视显微镜分析试验具体实验步骤为：

（１）将断裂的水闸门减速器轴样品分别在无水乙醇、丙酮等有机溶剂中，进行超声波清洗；

（２）调整三维体视显微镜的光圈、焦距、成像模式，在最小倍率下对A、B两个断口形貌进行观察，观察断口表面的颜色，寻找裂纹、腐蚀物、杂质等特征区域；

（３）逐步放大倍率，对裂纹特征区域进行形貌观察，可以利用3D建模的功能对部分凹坑或大景深区域进行观察，并测量深度、高度、宽度等参数；

（４）逐步放大倍率，对腐蚀物特征区域进行形貌观察，可以利用3D建模的功能对部分凹坑或大景深区域进行观察，并测量深度、高度、宽度等参数；

（５）逐步放大倍率，对杂质特征区域进行形貌观察，可以利用3D建模的功能对部分凹坑或大景深区域进行观察，并测量深度、高度、宽度等参数；

（６）更换不同观察角度，在不同视角下对断口形貌进行观察，在裂纹、腐蚀物、杂质等特征区域进行重点观察分析，为后续扫描电子显微镜的观察提供参考。

本发明中，步骤（２）中⑨步的扫描电镜与能谱分析试验具体实验步骤为：

（１）将断裂的水闸门减速器轴样品分别在无水乙醇、丙酮等有机溶剂中，进行超声波清洗；

（２）利用扫面电子显微镜在低倍率的观察视场下，分别对A、B两个断口的形貌进行观察，寻找裂纹、腐蚀物、杂质等特征位置；

（３）按照宏观到微观的方式，逐步放大观察倍率，对裂纹特征区域进行形貌观察，观察裂纹走向和裂纹附近的形貌特征，并结合能谱分析（EDS）对特征点或面进行化学成分的测定，判定是否含有腐蚀物或其他杂质元素；

（４）按照宏观到微观的方式，逐步放大观察倍率，对腐蚀物特征区域进行形貌观察，观察腐蚀物的形貌特征，并结合能谱分析（EDS）对不同特征的腐蚀物进行化学成分的测定，判定腐蚀物成分并确定其来源；

（５）按照宏观到微观的方式，逐步放大观察倍率，对杂质特征区域进行形貌观察，观察杂质的形貌特征，并结合能谱分析（EDS）对不同特征的杂质进行化学成分的测定，判定杂质成分并确定其来源；

（６）在高放大倍率下选取不同的裂纹特征区域观察表面微观形貌特征、晶粒形貌、夹杂物分布、晶界状态等；

（７）在高放大倍率下选取不同的腐蚀物特征区域观察表面微观形貌特征、晶粒形貌、夹杂物分布、晶界状态等；

（８）在高放大倍率下选取不同的杂质特征区域观察表面微观形貌特征、晶粒形貌、夹杂物分布、晶界状态等。

本发明的有益效果在于：

1、 本方法综合利用了多种现代检验检测仪器和多种表征分析手段，可以准确判断出核电设备水闸门减速器轴的失效形式。

2 、本方法可以快速、有效地判定核电设备水闸门减速器轴失效的原因，从而采取针对性的预防措施，对确保我国在用或新建的核电厂房内应用了减速器的设备的安全运行有重要意义。

3 、本方法对电力、石化、化工、冶金等其他工业的减速器的正确防护也具有实用参考价值，给国家经济发展带来极大的经济效益，给社会的安全稳定发展带来重要的保障。

附图说明

图1为核电厂房内部整体布局以及相关设备结构示意图。其中，（a）核电厂房内部整体布局，（b）水闸门、减速器、手柄摇杆的平面结构图，（c）手摇机构部件示意图，（d）水闸门减速器的断裂位置。

图2为水闸门减速器轴外观形貌图像。其中，（a）减速器轴尺寸示意图，（b）断裂轴的整体形貌，（c）两段断裂轴的侧向形貌，（d）A断口外观形貌，（e）B断口外观形貌。

图3为100倍视场抛光态下的条带状夹杂物分布形态图像。

图4为不同视场下的金相组织图像。其中，（a）500×表层组织形貌，（b）500×中间过度层组织形貌，（c）500×近心部组织形貌，（d）500×心部组织形貌。

图5为水闸门减速器轴的维氏显微硬度测试图像。

图6为水闸门减速器轴A、B断口的宏观形貌图像。其中，（a）A断口的宏观形貌，（b）B断口的宏观形貌。

图7为三维体视显微镜下水闸门减速器轴A、B断口的形貌图像。其中，（a）A断口靠近键槽处的裂纹形貌，（b）A断口键槽处三向裂纹形貌，（c）B断口键槽形貌。

图8为扫描电子显微镜（SEM）下水闸门减速器轴A断口的形貌图像。其中，（a）裂纹起始处断裂解理面形貌，（b）EDS面扫描分析，（c）500×下的冰糖状形貌，（d）沿晶开裂的氢脆形貌。

图9为扫描电子显微镜（SEM）下水闸门减速器轴A断口的形貌图像。其中，（a）键槽附近形貌，（b）5000×下晶界宽化和晶粒脱落的现象，（c）5000×下晶界间微孔洞形貌。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例１：具体步骤如下：

（一）背景资料整理与分析，对核电厂房的背景资料、内部设备的运行工况、水闸门减速器轴的相关技术参数等进行整理与分析，确定减速器轴失效的环境概况，主要内容包括：

① 核电厂房的背景资料，包括厂房的具体作用、内部设置、各区域的功能及作用、运行参数等。图1（a）所示为核电厂房内部整体布局，其中乏燃料水池内部的含硼水清澈见底，可以清楚地看到水闸门。长方形乏燃料水池，池面标高+20m，被分隔成四个长方形小区。靠墙的第一个长方形小区为燃料转运仓，池底标高为+7.5m，用于转运从反应堆内吊出的乏燃料。乏燃料水池紧靠燃料转运仓，池底标高+7.49m。内有20个燃料格架用来存放活性区的燃料组件，其中五个各存放30个燃料组件，其余15个各存放36个组件，总共可放690个组件。由水闸门、减速器、手柄摇杆的平面结构图（图1（b））可以发现，减速器位于含硼水平面上方的平台上，人工摇动的手柄摇杆位于对面通道平台的支座上，通过一根传动轴相连。

② 核电厂房内部设备的运行工况，包括减速器的各项参数、水闸门的各项参数、手柄摇杆驱动机构的各项参数等。减速器为SEW-传动设备（天津）有限公司生产的减速器，型号为1PKC140N，重量为35Kg，传动比为i=45，操作时减速器为低转速，高扭矩工作状态。水闸门为气密的手动操作式闸门，其密封性由充气密封胶囊来保证，其中密封圈内压力为0.2MPa。水闸门重1385Kg，尺寸为1476x130x7155mm，采用手动型式，标准手动力为100N，门的最大打开位置大于等于90°。传动轴长约2.5m，手柄摇杆机构（图1（c））操作的手摇力为100N，手柄距传动轴轴心距离为120mm。

③ 水闸门减速器轴的相关技术参数，包括轴的位置、尺寸、材质等参数。图1（d）为减速器轴断裂位置，减速器轴的标准尺寸和材质皆不详，因此需要通过下面的外观检验与取样以及材料成分测试确定轴的相关技术参数信息。

（二）检验与试验分析，通过利用各种设备和多种理化检验方法对水闸门减速器轴进行外观形貌观察、材质检验以及微区分析等，主要包括外观检验与取样、材料成分试验、夹杂物试验、金相组织试验、显微硬度试验、力学性能试验、宏观形貌分析试验、三维体视显微镜分析试验、扫描电镜与能谱分析试验、二次离子质谱仪分析试验以及应力计算分析等十一个试验项目，每个试验项目的具体内容为：

① 外观检验与取样，包括长度的尺寸测量、各段直径的尺寸测量、键槽的尺寸测量以及减去器轴整体形貌的观察、轴断裂位置的观察、对应断口的观察和标定、区分为A、B两个断口等，具体包括的实验步骤为：

（１）将水闸门减速器轴拼合成完整状态后，水平放置于干净的白底桌面上；

（２）将标尺与轴平行放置，俯视角度拍摄整体形貌照片；

（３）将断裂的减速器轴平行放置，分别标为A、B断口，俯视角度拍摄照片；

（４）将断裂的减速器轴分别竖直放置，断口一面竖直向上，俯视角度拍摄断口形貌照片。

减速器轴的长度约为135mm，断裂处直径为19.02mm、键槽宽度为5.98mm、键槽深度为3.52mm（图2（a））。断裂位置靠近轴颈台阶连接处一侧的键槽起始端，该部位轴颈为较小，为典型的应力集中区（图2（b））。将两段断裂轴中长度较短键槽较长的断口标为A，长度较长轴径较大的断口标为B（图2（c））。A断口（图2（d））与B断口（图2（e））的表面相对平整，与轴线相垂直，断口颜色较灰暗，但有光亮的磨擦痕迹，呈现出规则的结晶状粗糙表面。

② 材料成分试验，采用两种不同型号的直读光谱仪（OES）对减速器轴进行化学成分分析，并为了准确测定其中的C、S含量，通过采用碳硫分析仪对两种元素分别进行测定，测试结果取每次测量三组数据的平均值。其中使用的直读光谱仪（OES）分别为FOUNDRY-MASTER Xpert台式直读光谱仪和PMI-MASTER Smart便携式直读光谱仪。并根据GB/T 3077-1999 《中华人民共和国国家标准合金结构钢》与国际标准ISO 683-11 1987（E）进行成分比对，确定该减速器轴对应的合金结构钢牌号。

③ 夹杂物试验，将减速器轴沿横向切割，并利用镶嵌料制成样品，在抛光态下利用金相显微镜在100倍视场下观察夹杂物的分布情况。并选取代表性区域，根据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》相关标准判定夹杂物的种类和评级。图3为灰色细条带状呈断续分布的硫化物夹杂物，根据国家标准评定其为A类夹杂物，个别超过了3级。

④ 金相组织试验，将减速器轴沿纵向切割，并利用镶嵌料制成样品，经磨抛、腐蚀后首先对其进行宏观观察和检验。然后再在金相显微镜下按照从表层、中间过渡区域、近心部、心部的顺序观察试样的金相显微组织，并对不同位置的组织情况使用不用的放大倍率进行观察，根据相关标准判定其种类。在500倍的放大倍率条件下观察可以发现，表层区域（图4（a））为粗大的针状高碳马氏体组织加残余奥氏体，显示有过热的现象，致使材料冲击韧性降低，脆性增大；中间过度区域（图4（b））为中低碳马氏体组织；近心部组织（图4（c））为中低碳马氏体组织；心部区域（图4（d））为低碳板条状马氏体组织加上少量的铁素体，板条状马氏体具有良好的强度、塑性和韧性；从表层到心部逐渐由高碳的针状马氏体组织向低碳的板条状马氏体组织变化。

⑤ 显微硬度试验，将减速器轴纵向切割，断面研磨抛光后利用镶嵌料制成样品，采用显微硬度计在试验载荷980.7mN（HV0.1)、保持时间为10秒的试验条件下，对试样进行显微硬度测试，并沿径向按照从心部到表层的顺序统计其维氏显微硬度（图5）分布情况。

⑥ 力学性能试验，将减速器轴材料制成标准试样后，根据需要进行拉伸试验、压缩试验、冲击试验、扭转试验、疲劳试验等。由于此段轴大小尺寸有效，并且轴的力学性能并不是影响轴失效的最重要因素，因此并未对轴进行力学性能试验，但是在样品大小尺寸允许的情况下，应对样品进行全面的力学性能试验。

⑦ 宏观形貌分析试验，通过肉眼观察和相机拍摄观察，对轴进行宏观形貌分析，并分别对A、B两个断口进行形貌分析。A断口（图6（a））键槽右侧的应力集中区有明显的撕裂痕迹，出现一个长条带状缺口，表面向内凹陷，缺口长度约为轴周长的四分之一，正对键槽的上方有一较小的撕裂缺口，表面向内凹陷，约与键槽宽度相当。右侧表面有少许较为新鲜的黄褐色腐蚀物，在腐蚀物外侧，沿轴径向方向有一段明显的摩擦过的痕迹，大约占整个圆周的四分之一。B断口（图6（b））表面有些许的黄褐色腐蚀残留物物，中心存在点状凹坑，凹坑表面呈现出新鲜的金属光泽。

⑧ 三维体视显微镜分析试验，利用三维体视显微镜对A、B两个断口分别进行观察分析试验，对失效断口表面的裂纹分布情况进行观察，寻找起裂点；对断口表面的形貌进行观察，分析判断断裂发生的起始位置，判断是否发生塑性形变；对断口的颜色、磨损情况、腐蚀物分布情况、杂质分布情况等进行观察，具体包括的实验步骤为：

（１）将断裂的水闸门减速器轴样品分别在无水乙醇、丙酮等有机溶剂中，进行超声波清洗；

（２）调整三维体视显微镜的光圈、焦距、成像模式，在最小倍率下对分别对A、B两个断口的形貌进行观察，观察样品表面的颜色，寻找裂纹、腐蚀物、杂质等特征区域；

（３）逐步放大倍率，对裂纹特征区域进行形貌观察，可以利用3D建模的功能对部分凹坑或大景深区域进行观察，并测量深度、高度、宽度等参数；

（４）逐步放大倍率，对腐蚀物特征区域进行形貌观察，可以利用3D建模的功能对部分凹坑或大景深区域进行观察，并测量深度、高度、宽度等参数；

（５）逐步放大倍率，对杂质特征区域进行形貌观察，可以利用3D建模的功能对部分凹坑或大景深区域进行观察，并测量深度、高度、宽度等参数；

（６）更换不同观察角度，在不同视角下对断口形貌进行观察，在裂纹、腐蚀物、杂质等特征区域进行重点观察分析，为后续扫描电子显微镜的观察提供参考。

A断口键槽左侧有一明显的裂纹（图7（a）），从键槽表面裂开向轴心方向扩展，长度约1200 um。从键槽斜上方方向观察，可以清晰看到键槽表面有沿周向扩展、轴向扩展、径向扩展的三向裂纹（图7（b））。B断口键槽附近存在零散的几处微弱的黄色锈斑，键槽内有纤维状物质，推测为外界杂物与部分氧化物或润滑油等混合而成。断口较为平整，在键槽左侧有一颜色偏深的凸起状区域。键槽表面堆积了一定量的杂物，这些物质吸附在一起，附着在键槽表面（图7（c））。

⑨ 扫描电镜与能谱分析试验，利用扫描电镜（SEM）以及能谱分析（EDS）对断口表面进行微区分析，在低放大倍率下选取不同的区域观察表面微观形貌特征、裂纹分布、腐蚀物分布、杂质分布、等情况；在高放大倍率下选取不同的区域观察表面微观形貌特征、晶粒状态、夹杂物分布、晶界状态等；使用能谱分析（EDS）对具体的点和面进行化学成分测定，确定该微区的化学成分组成，判定是否含有腐蚀产物或其他杂质元素，具体包括的实验步骤为：

（１）将断裂的水闸门减速器轴样品分别在无水乙醇、丙酮等有机溶剂中，进行超声波清洗；

（２）利用扫面电子显微镜在低倍率的观察视场下，分别对清洗后的A、B两个断口的形貌进行观察，寻找裂纹、腐蚀物、杂质等特征位置；

（３）按照宏观到微观的方式，逐步放大观察倍率，对裂纹特征区域进行形貌观察，观察裂纹走向和裂纹附近的形貌特征，并结合能谱分析（EDS）对特征点或面进行化学成分的测定，判定是否含有腐蚀物或其他杂质元素；

（４）按照宏观到微观的方式，逐步放大观察倍率，对腐蚀物特征区域进行形貌观察，观察腐蚀物的形貌特征，并结合能谱分析（EDS）对不同特征的腐蚀物进行化学成分的测定，判定腐蚀物成分并确定其来源；

（５）按照宏观到微观的方式，逐步放大观察倍率，对杂质特征区域进行形貌观察，观察杂质的形貌特征，并结合能谱分析（EDS）对不同特征的杂质进行化学成分的测定，判定杂质成分并确定其来源；

（６）在高放大倍率下选取不同的裂纹特征区域观察表面微观形貌特征、晶粒形貌、夹杂物分布、晶界状态等；

（７）在高放大倍率下选取不同的腐蚀物特征区域观察表面微观形貌特征、晶粒形貌、夹杂物分布、晶界状态等；

（８）在高放大倍率下选取不同的杂质特征区域观察表面微观形貌特征、晶粒形貌、夹杂物分布、晶界状态等。

在垂直于A断口键槽表面上，一条裂纹（图8（a））起裂于键槽边缘，右侧有脆性的断裂解理面，其上分布多个解理台阶，裂纹左侧分布有条状、球状的杂物，分别选取微区进行EDS分析或者进行EDS面扫描分析（图8（b））。断口表面没有观察到可见的塑性变形，放大后可以清晰地观察到断裂解理面右侧呈现冰糖状的脆性断裂形貌特征（图8（c）），表面晶亮，裂纹是沿着各个晶粒晶界扩展的，形成了一种典型的沿晶开裂脆性断裂形貌，同时在断裂解理面右侧断口的晶粒晶界上存在有微孔洞（图8（d））。B断口也呈现冰糖状的沿晶断裂形貌，但并没有发现裂纹（图9（a））。放大后进行观察，发现部分位置存在晶粒脱落和晶界宽化的现象（图9（b）），同样地在晶界上也发现有大量微孔洞（图9（c））的存在。

⑩ 二次离子质谱仪分析试验，利用二次离子质谱仪（SIMS）对断口进行表面分析，对痕量组分进行深度剖析，可在微观(um级)上观察表面的特征，也可以对同位素进行分析和对低原子序数的元素(如氢、锂、铍等)进行分析。

⑪ 应力计算分析，利用力学分析计算公式等，对减速器轴的受力进行计算和分析，并根据相关的标准进行对比，并通过建模的方式对轴进行有限元分析，测定轴的力学性能是否符合现实的工况使用要求以及设计要求。

（三）综合分析判定，得出结论并给出合理建议，结合步骤一的背景信息和步骤二的各项分析测试结果，通过裂纹起裂分析、材料脆性分析等对水闸门减速器轴失效的形式和机理进行综合分析，从而准确判定轴失效的原因，并提出针对性的具体预防措施，主要内容包括：

① 裂纹起裂分析，通过宏观形貌分析试验、三维体视显微镜分析试验对裂纹的分布、扩展等情况进行综合观察和分析，并结合材料成分试验、夹杂物试验、金相组织试验、显微硬度试验、力学性能试验以及扫描电镜与能谱分析试验确定裂纹的起裂点、裂纹产生原因和扩展机理并进行分析。

② 材料脆性分析，通过通过宏观形貌分析试验、三维体视显微镜分析试验对A、B两个断口的表面颜色、形貌、腐蚀物以及杂质分布等情况进行综合观察和分析，并结合材料成分试验、夹杂物试验、金相组织试验、显微硬度试验、力学性能试验以及扫描电镜与能谱分析试验确定材料脆性产生的原因并进行分析。

③ 结论与建议，通过上述的各项资料与检验检测手段，进行综合分析判定轴失效的原因，给出具体的结论，并提针对失效原因提出行之有效的预防或改进措施。