大型围网起网机42CrMo齿轮点蚀失效分析

2013-06-28宁波捷胜海洋开发有限公司浙江315806赵小鹏

金属加工(热加工) 2013年23期

宁波捷胜海洋开发有限公司（浙江 315806）赵小鹏陈勇

宁波捷胜海洋开发有限公司是专业从事研发、生产、销售海洋装备的高新技术企业，公司的某型600kN大型围网起网机在交付用户使用一年后，经售后服务检查发现主动轮小齿轮的齿面出现了明显的凹坑，位置出现在齿面节线位置。

1. 设备结构形式

采用两侧闭式一级齿轮传动、4台液压马达、两个主卷筒、制动装置、离合器装置等组成；闭式齿轮将液压马达的转矩传递到轴套上，轴套与卷筒均套设在固定主轴上，当需要转动卷筒时，轴套离合器与卷筒虎牙啮合，则两个卷筒可实现同时工作或分别正反转工作，将渔网卷起或放下。

2. 现象分析

如图1所示，出现问题的小齿轮（mn=12，z=19）；靠节线位置，在齿轮收网受力面上出现较多凹坑，φ2mm×2mm深，数量有20～30个/齿；个别齿面的凹坑达到了约φ5mm×2mm深。经分析确认凹坑为点蚀坑，已到扩展性点蚀阶段；个别齿的齿面甚至出现了片蚀现象。

如图2所示，在齿轮受力面长度方向，在接触区域同时出现了点蚀的3个阶段现象，即左端齿面1/3面积处于初期点蚀阶段呈麻点状；中部区域1/2处于扩展性点蚀阶段呈内贝壳状；右端1/6区域处于片蚀阶段呈片状脱落。

图1 主动轮外观

图2 齿面特征

如图3所示，工作面的压痕从右到左颜色逐步加深，区域由小到大呈倾斜状。这种现象说明大小齿轮轴心线不平行，存在偏载情况，造成局部过载，使齿面局部接触应力过高，是产生这种点蚀现象的原因之一。起网机为中部主轴、两侧箱体结构；主轴与箱体外端轴承盖压紧，内侧为轴套、轴承座、滑动轴承间隙配合；如果设备在船甲板上安装精度不高或船甲板变形等原因，很容易出现大齿轮轴线不平行现象。

图3 齿面啮合特征

如图4所示，小齿轮为主动轮，点蚀坑有从节线向上齿面方向扩展的趋势。逐步发展的结果将是齿面严重损伤，噪声与磨损明显加大，最终可能会出现断齿。另外，发现齿面的表面粗糙度值较高，这也是产生点蚀的原因之一。

图4 点蚀坑扩展趋势

3. 调研分析

经过上船调研、分析，认为围网起网机工况恶劣，工作时间长，海况复杂，存在渔货时有超载现象；齿轮的齿面接触疲劳强度需相应提高。另外，两个主卷筒法兰直径4.5m，自重加上1200m湿网重达20t，再叠加负载60t，运转时转动惯量很大，渔民操作手动比例阀时存在不当现象，反向时往往不待零位停顿，直接拉反向，造成齿轮突然反转，冲击很大，存在严重的动载现象，这也是产生点蚀的主要原因之一。

4. 齿面点蚀失效判断

针对该齿轮现状，对其进行了点蚀计算失效判断，经计算（计算过程略）判定该设备小齿轮失效，作报废处理。故对齿轮的热处理提出了增加齿面高频感应淬火要求，并对该道工序进行了试验。

制作42CrMo齿形样板（3齿），此材料经（860±10）℃×（1～1.5）h正火，850℃×1.5h油冷淬火，580℃×3h油冷回火处理后的金相组织为回火索氏体。表面淬火工艺参数为：20kHz，100kW，移动速度为7.5mm/s，采用单齿延齿沟淬火。将齿形样板用线切割切开，用磨床将观察面磨光，再用4%的硝酸酒精浸蚀，采用VHX－600数码金相显微镜对样板材料进行金相分析。经高频感应淬火的组织分为淬硬层、过渡区和基体组织三层。淬硬层为马氏体组织，过渡区为马氏体与回火索氏体的混合组织，基体为回火索氏体。经硬度测试，淬硬层厚度为1.8mm，平均硬度为48HRC，基体组织平均硬度为27HRC，过渡层厚度约为0.15mm。

调质处理增强了齿轮的综合力学性能。齿面高频感应延齿沟淬火，增强了齿面硬度，提高了耐磨性，齿面接触应力达到了1050MPa以上，比单独调质齿轮的接触应力提高1.6倍，实现了表硬、心韧作用。