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斗輪機(jī)回轉(zhuǎn)齒輪斷裂原因分析

2018-04-02

鄒君文
（浙江省電力鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所有限公司）

　　檢修人員在現(xiàn)場(chǎng)巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)3^#斗輪機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)西側(cè)驅(qū)動(dòng)小齒輪有一塊脫落，當(dāng)時(shí)3^#斗輪機(jī)加倉(cāng)取料剛剛結(jié)束。仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)3^#斗輪機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪沿一齒的兩側(cè)根部向軸心方向發(fā)生整體斷裂，如圖1所示。

圖1 斷齒宏觀照

　　斷裂齒輪模數(shù)Mn=24，齒數(shù)z=17，材質(zhì)為42CrMo+QT鍛件，齒面中頻淬火，硬度（57±6）HRC。對(duì)該斷裂齒輪進(jìn)行理化檢驗(yàn)以找出具體原因。

　　1.宏觀檢查
　　圖2是斷裂齒輪斷面的宏觀照，斷裂的位置均處于外齒與內(nèi)齒的根部；斷口宏觀沒(méi)有明顯的塑性變形，未見(jiàn)疲勞紋，呈脆性斷裂；圖中斷口宏觀外壁處具有明顯的放射狀條紋，其收斂處指向外壁，說(shuō)明斷裂是有外齒的根部向內(nèi)擴(kuò)展的。

圖2 斷口宏觀照

　　2.成分分析
　　使用SPECTROTESTCCD移動(dòng)式金屬分析儀對(duì)斷裂齒輪進(jìn)行直讀光譜化學(xué)成分測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)附表。

連桿接頭化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

　　根據(jù)GB/T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中42CrMo優(yōu)質(zhì)鋼的化學(xué)成分要求。

　　3.金相與力學(xué)分析
　　圖3是該齒輪金相組織的照片，金相組織為鐵素體+珠光體+回火馬氏體。42CrMo在調(diào)質(zhì)工藝下的正常金相組織應(yīng)該為回火馬氏體或者回火索氏體，而該齒輪的金相組織未到達(dá)調(diào)質(zhì)工藝下正常金相組織的要求。

圖3 金相照片

　　取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，該齒輪材料的抗拉強(qiáng)度Rm為880MPa，斷后伸長(zhǎng)率13%。

　　4.電鏡分析
　　圖4是在SEM下觀測(cè)到的斷口形貌，微觀斷口較平整，斷口宏觀沒(méi)有明顯的塑性變形，未見(jiàn)疲勞紋，整個(gè)斷口微觀形貌呈準(zhǔn)解理斷口特征，為脆性斷裂。

圖4 斷口形貌

　　5.分析與討論
　　斗輪機(jī)回轉(zhuǎn)齒輪由于熱處理不當(dāng)，加熱溫度偏低，原始珠光體已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而鐵素體則未完全溶解，有少量鐵素體殘留在晶界處，淬火冷卻時(shí)，又因冷卻較緩，一直沿著未溶解鐵素體晶界析出細(xì)片狀珠光體。一部分過(guò)冷奧氏體在馬氏體形成溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體組織，形成了該齒輪鐵素體+珠光體+回火馬氏體的金相組織，這種組織屬于不完全淬火組織。參照GB/T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)，42CrMo在正常調(diào)質(zhì)處理后其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1080MPa，而該斷裂的齒輪因調(diào)質(zhì)工藝不到位導(dǎo)致淬火對(duì)工件的硬化作用達(dá)不到充分的發(fā)揮，其抗拉強(qiáng)度僅有880MPa。在齒輪的運(yùn)行中因強(qiáng)度不夠?qū)е慢X輪整體呈脆性斷裂。

來(lái)源：《金屬加工：熱加工》2016年第19期