■ 晁國(guó)強(qiáng)　陳凱敏　譚小明　陳強(qiáng)　樊洋

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G606風(fēng)電內(nèi)齒圈裂紋分析及工藝改進(jìn)

■ 晁國(guó)強(qiáng)陳凱敏譚小明陳強(qiáng)樊洋

摘 要：針對(duì)G606風(fēng)電內(nèi)齒圈裂紋，對(duì)其材料42CrMo鋼從化學(xué)、金相、掃描電鏡等方面進(jìn)行分析。從表面裂紋及端口形貌、金相組織、微觀形貌和化學(xué)方面對(duì)齒圈裂紋進(jìn)行檢驗(yàn)與分析。通過(guò)工藝試驗(yàn)，優(yōu)化銑齒工藝，改善齒圈淬火前表面質(zhì)量，增加感應(yīng)淬火前去應(yīng)力回火工序，齒圈感應(yīng)淬火后對(duì)其進(jìn)行檢查，表面硬度、金相組織及力學(xué)性能均達(dá)到要求。通過(guò)優(yōu)化齒圈加工工藝，減少機(jī)加工應(yīng)力，以及控制齒輪感應(yīng)淬火內(nèi)應(yīng)力，保證G606風(fēng)電內(nèi)齒圈生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：G606風(fēng)電內(nèi)齒圈；裂紋；工藝改進(jìn)；42CrMo鋼；齒圈

G606風(fēng)電內(nèi)齒圈批量生產(chǎn)前，試制的幾個(gè)齒輪在磨齒后發(fā)現(xiàn)有裂紋，在齒輪感應(yīng)熱處理后檢查也發(fā)現(xiàn)有裂紋，導(dǎo)致齒輪報(bào)廢，造成經(jīng)濟(jì)損失。

1　風(fēng)電內(nèi)齒圈工藝、檢驗(yàn)及裂紋分析

1.1制造工藝

G606風(fēng)電內(nèi)齒圈制造工藝流程：鍛造→正火→半精車→超探→粗銑齒→倒角打鋼印→調(diào)質(zhì)→精車→鉆孔→銑螺紋→精銑齒→倒角→感應(yīng)淬火→精車外圓內(nèi)孔→磨外圓→鉆孔鏜孔→磨內(nèi)齒→磁粉探傷。

1.2齒圈裂紋檢驗(yàn)與分析

1.2.1表面裂紋及端口形貌分析

（1）G606風(fēng)電內(nèi)齒圈形貌見(jiàn)圖1，圖中白線部位存在裂紋，共有15個(gè)齒槽根部存在裂紋，裂紋長(zhǎng)約200 mm，基本分布于齒條中間部位，未在端部露頭，裂紋非剛直形分布，呈波浪狀。

（2）齒根部位的裂紋斷面呈瓷狀，裂紋深約3 mm，未見(jiàn)疲勞，為一次性開(kāi)裂所致，裂紋源位于齒底表面，呈現(xiàn)多源特征，裂源處未見(jiàn)異常缺陷。

1.2.2金相組織分析

（1）非金屬夾雜物評(píng)定。級(jí)別為A0.5、D1，基體組織為回火索氏體+少量條塊狀鐵素體，晶粒度級(jí)別約為8級(jí)（見(jiàn)圖2），帶狀組織級(jí)別約為2級(jí)（見(jiàn)圖3），表明風(fēng)電內(nèi)齒圈調(diào)整工藝正常。

（2）裂紋深約3 mm，頭部尖細(xì)呈沿晶分布（見(jiàn)圖4），腔內(nèi)未見(jiàn)氧化填充物，裂紋兩側(cè)未見(jiàn)內(nèi)氧化等缺陷；腐蝕后裂紋兩側(cè)組織為回火馬氏體，未見(jiàn)氧化脫碳現(xiàn)象，裂紋垂直于帶狀方向，且只在感應(yīng)層分布。

1.2.3微觀分析

將斷面清洗后放入掃描電鏡中觀察斷口形貌，裂源部位微觀形貌見(jiàn)圖5，以沿晶為主，未見(jiàn)異常缺陷；斷面其余部位形貌見(jiàn)圖6，以沿晶為主。

1.2.4化學(xué)分析

在開(kāi)裂部位附近取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。可以看出，42CrMo鋼化學(xué)成分中碳含量相對(duì)偏高，其他化學(xué)元素含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1　G606風(fēng)電內(nèi)齒圈形貌

圖2　基體組織

圖3　帶狀組織　

圖4　頭部尖細(xì)呈沿晶分布

圖5　裂源部位微觀形貌　

圖6　斷面其余部位微觀形貌

表1　42CrMo鋼的化學(xué)成分　%（wt）

2　原因分析及工藝試驗(yàn)

對(duì)開(kāi)裂的齒圈裂紋進(jìn)行分析，裂紋呈波浪狀分布，長(zhǎng)約200 mm，深約3 mm，沿晶界擴(kuò)展，為一次性開(kāi)裂所致，且呈現(xiàn)多源特征，裂源處未見(jiàn)異常缺陷；裂紋兩側(cè)組織為回火馬氏體，組織正常，未見(jiàn)氧化脫碳等異?，F(xiàn)象，裂紋垂直于帶狀方向擴(kuò)展，且只在感應(yīng)層分布。綜上所述，G606風(fēng)電內(nèi)齒圈齒槽齒根部位的裂紋具有應(yīng)力性裂紋的特征。根據(jù)判定結(jié)果，對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。（1）調(diào)整銑齒加工量，將原來(lái)每刀加工3～4 mm改為2～3 mm，并精銑增加一刀，改善加工表面質(zhì)量，減少加工應(yīng)力，避免因機(jī)加工引起的開(kāi)裂。（2）感應(yīng)淬火前增加去應(yīng)力回火工序，工藝為300 ℃×5 h。（3）控制淬火應(yīng)力，適當(dāng)減少加熱功率，將58 kW調(diào)整為48 kW，同時(shí)將PAG水劑淬火介質(zhì)濃度由10%調(diào)整為15%。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，固化淬火冷卻時(shí)間，要求嚴(yán)格按照工藝操作。

試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化銑齒工藝，改善齒圈淬火前表面質(zhì)量，增加感應(yīng)淬火前去應(yīng)力回火工序，嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝，齒圈感應(yīng)淬火后對(duì)其進(jìn)行檢查，表面硬度、金相組織及力學(xué)性能均達(dá)到要求，再未發(fā)生開(kāi)裂。

3　結(jié)論

（1）化學(xué)分析結(jié)果表明，42CrMo鋼的主要成分符合GB/T 3077—1999要求。

（2）綜合檢驗(yàn)結(jié)果，造成齒圈裂紋的主要因素是機(jī)加工應(yīng)力集中及熱處理淬火應(yīng)力偏大導(dǎo)致增加內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。

（3）通過(guò)齒圈優(yōu)化機(jī)加工，改善齒圈淬火前表面質(zhì)量，增加感應(yīng)淬火前去應(yīng)力回火工序，降低淬火應(yīng)力，嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝，控制淬火冷卻時(shí)間，保證了G606風(fēng)電內(nèi)齒圈的生產(chǎn)質(zhì)量。

4　參考文獻(xiàn)

[1] JB/T 9204—2008 鋼件感應(yīng)熱處理 金相檢驗(yàn)[S].

[2] 金榮植. 齒輪的熱處理畸變、裂紋與控制方法[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

晁國(guó)強(qiáng)：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，高級(jí)工程師，江蘇 常州，213011

陳凱敏：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，高級(jí)工程師，江蘇 常州，213011

譚小明：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，工程師，江蘇 常州，213011

陳 強(qiáng)：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，工程師，江蘇 常州，213011

樊 洋：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，助理工程師，江蘇 常州，213011

責(zé)任編輯 盧敏

中圖分類號(hào)：TG11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-061X（2016）02-0081-02