G606风电内齿圈裂纹分析及工艺改进

2016-05-26晁国强陈凯敏谭小明陈强樊洋

铁路技术创新 2016年2期

■ 晁国强　陈凯敏　谭小明　陈强　樊洋

G606风电内齿圈裂纹分析及工艺改进

■ 晁国强陈凯敏谭小明陈强樊洋

摘要：针对G606风电内齿圈裂纹，对其材料42CrMo钢从化学、金相、扫描电镜等方面进行分析。从表面裂纹及端口形貌、金相组织、微观形貌和化学方面对齿圈裂纹进行检验与分析。通过工艺试验，优化铣齿工艺，改善齿圈淬火前表面质量，增加感应淬火前去应力回火工序，齿圈感应淬火后对其进行检查，表面硬度、金相组织及力学性能均达到要求。通过优化齿圈加工工艺，减少机加工应力，以及控制齿轮感应淬火内应力，保证G606风电内齿圈生产质量。

关键词：G606风电内齿圈；裂纹；工艺改进；42CrMo钢；齿圈

G606风电内齿圈批量生产前，试制的几个齿轮在磨齿后发现有裂纹，在齿轮感应热处理后检查也发现有裂纹，导致齿轮报废，造成经济损失。

1　风电内齿圈工艺、检验及裂纹分析

1.1制造工艺

G606风电内齿圈制造工艺流程：锻造→正火→半精车→超探→粗铣齿→倒角打钢印→调质→精车→钻孔→铣螺纹→精铣齿→倒角→感应淬火→精车外圆内孔→磨外圆→钻孔镗孔→磨内齿→磁粉探伤。

1.2齿圈裂纹检验与分析

1.2.1表面裂纹及端口形貌分析

（1）G606风电内齿圈形貌见图1，图中白线部位存在裂纹，共有15个齿槽根部存在裂纹，裂纹长约200 mm，基本分布于齿条中间部位，未在端部露头，裂纹非刚直形分布，呈波浪状。

（2）齿根部位的裂纹断面呈瓷状，裂纹深约3 mm，未见疲劳，为一次性开裂所致，裂纹源位于齿底表面，呈现多源特征，裂源处未见异常缺陷。

1.2.2金相组织分析

（1）非金属夹杂物评定。级别为A0.5、D1，基体组织为回火索氏体+少量条块状铁素体，晶粒度级别约为8级（见图2），带状组织级别约为2级（见图3），表明风电内齿圈调整工艺正常。

（2）裂纹深约3 mm，头部尖细呈沿晶分布（见图4），腔内未见氧化填充物，裂纹两侧未见内氧化等缺陷；腐蚀后裂纹两侧组织为回火马氏体，未见氧化脱碳现象，裂纹垂直于带状方向，且只在感应层分布。

1.2.3微观分析

将断面清洗后放入扫描电镜中观察断口形貌，裂源部位微观形貌见图5，以沿晶为主，未见异常缺陷；断面其余部位形貌见图6，以沿晶为主。

1.2.4化学分析

在开裂部位附近取样进行化学成分分析，结果见表1。可以看出，42CrMo钢化学成分中碳含量相对偏高，其他化学元素含量符合标准要求。

图1　G606风电内齿圈形貌

图2　基体组织

图3　带状组织　

图4　头部尖细呈沿晶分布

图5　裂源部位微观形貌　

图6　断面其余部位微观形貌

表1　42CrMo钢的化学成分　%（wt）

2　原因分析及工艺试验

对开裂的齿圈裂纹进行分析，裂纹呈波浪状分布，长约200 mm，深约3 mm，沿晶界扩展，为一次性开裂所致，且呈现多源特征，裂源处未见异常缺陷；裂纹两侧组织为回火马氏体，组织正常，未见氧化脱碳等异常现象，裂纹垂直于带状方向扩展，且只在感应层分布。综上所述，G606风电内齿圈齿槽齿根部位的裂纹具有应力性裂纹的特征。根据判定结果，对工艺进行改进和优化。（1）调整铣齿加工量，将原来每刀加工3～4 mm改为2～3 mm，并精铣增加一刀，改善加工表面质量，减少加工应力，避免因机加工引起的开裂。（2）感应淬火前增加去应力回火工序，工艺为300 ℃×5 h。（3）控制淬火应力，适当减少加热功率，将58 kW调整为48 kW，同时将PAG水剂淬火介质浓度由10%调整为15%。根据生产实际，固化淬火冷却时间，要求严格按照工艺操作。

试验结果表明，优化铣齿工艺，改善齿圈淬火前表面质量，增加感应淬火前去应力回火工序，严格执行热处理工艺，齿圈感应淬火后对其进行检查，表面硬度、金相组织及力学性能均达到要求，再未发生开裂。