转子裂纹具有缓慢增长特性，是造成转子破坏的一种严重故障模式。裂纹从产生到发展的增长速率及表现特征经历几个阶段，直到剩余的转子横截面减小到无法承受对其施加的复杂应力载荷时迅速发生脆性断裂。转子断裂瞬间存储在旋转系统中的能量被突然释放，由多起转子断裂事故现场可见，飞出的断轴击穿混凝土及厂房，形成的破坏力是灾难性的。为此重视并正确诊断出现裂纹转子的振动特征，并由此提取到早期裂纹转子振动数据加以准确分析就变的尤为重要。

1.转子裂纹形成原因
不平衡质量是转子的主要激振力，假设转子只承受不平衡力，则转子的运动轨迹将表现为完全正圆的同步运动，此时转子一侧始终承受恒定的拉应力，一侧始终承受恒定的压应力，无交变应力循环存在。但转子在旋转过程中还受静止的重力作用，水平和垂直方向弯曲度不同，此时转子承受1X的应力循环，最大应力出现在转子外表面。典型的转子运动轨迹为椭圆形，此时转子会出现2X的应力循环。因此，即便是在正常的1X运行条件下，转子始终处于1X和2X混合的复杂应力循环中。因转子系统的非线性、共振等因素影响在旋转系统中还存在较为复杂的次同步、超同步谐波，这就使转子处于更加复杂的交变应力循环中。

转子裂纹往往容易发生在应力集中部位，如转子直径突然变化处、过盈配合的套装部件套装处、键槽、钻孔、螺纹或其他不连续性等几何因素；以及转子表面加工缺陷、电腐蚀、化学腐蚀缺陷、材料缺陷（气孔、夹渣、金相组织不均匀等）。由来自于静态和动态弯曲、扭转，静态径向载荷，热冲击以及焊接，热处理等对转子造成的应力均会产生周期性变化的局部应力场。在应力集中部位将超出材料的抗拉强度，形成局部微小裂纹。

汽轮机转子在启停机过程中温升速率过大，尤其高蒸汽参数汽轮机没有充分的暖机或者停机过程冷却过快，前者转子表面承受非常大的压应力，后者转子表面承受拉应力，易在应力集中位置超出材料强度形成表面裂纹；水冲击事故转子表面急剧冷却，在转子表面处承受极大的拉应力，在水冲击位置形成表面网状裂纹；剧烈的摩擦因一般发生在转子局部位置，摩擦表面温度迅速升高，局部形成极大压应力，摩擦消失后转子不但会形成折线形永久弯曲，还会在摩擦位置形成表层裂纹。

2.不同原因导致的转子裂纹形状特性
转子承受过大的拉压循环应力而产生裂纹，裂纹端部呈尖端状并不断扩散，并与拉伸应力场垂直，如果转子只承受简单的拉压应力，如转子因不平衡导致的同步弓形回转、整数倍谐波及静载荷，则在转子表面表现为横向裂纹（如图2-1上图）。

在长距离输电线路中如设置串补装置则电网震荡易与转子扭转固有频率发生共振，在转子表面形成的扭转应力最大。单纯的扭转应力会产生方向与转子轴线呈450角的拉伸应力场，往往会在转子表面形成螺旋状裂纹（如图2-1下图）。

实际的转子系统承受拉伸和扭转应力共同作用，通常弯曲应力作为主导应力存在。如果因电网震荡形成轴系扭转共振，则扭转应力成为主导应力，仔细观察转子裂纹的形状可以定性分析哪种应力占据主导地位。