18CrNiMo7-6二级行星轮断齿原因分析_张凯.pdf
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1、机械工程师MECHANICAL ENGINEER网址: 电邮:2023 年第 8 期MECHANICAL ENGINEER18CrNiMo7-6二级行星轮断齿原因分析张凯,齐玲(湖南南方宇航高精传动有限公司,湖南 株洲 412000)0引言18CrNiMo7-6是欧标合金结构钢材料,在国标中对应的材料牌号表示为17Cr2NiMo,是一种碳含量较低的优质结构钢。在成形后,对18CrNiMo7-6钢进行渗碳、淬火、回火热处理,可以获得具有高强度、高硬度和高耐磨性的钢件外表面和高韧性的心部,使钢件可承受交变载荷和冲击负荷1-4。18CrNiMo7-6钢有着良好的综合力学性能,经常应用于变速器齿轮传动
2、件,并有着超高抗弯强度、低接触疲劳强度等优异特性。某风力发电齿轮箱用18CrNiMo7-6二级行星轮在风场工作过程中发现齿轮箱二级行星轮有断齿现象,本文对其断裂原因进行分析。1检验过程与结果1.1外观检查外观质量是指产品外表状况和满足使用者要求的程度。本文研究的二级行星轮整体外观如图1所示,经目视检查,该二级行星轮轮齿存在不同程度的断裂掉块,齿面均存在明显的挤压损伤。其中,2个轮齿(共47个轮齿)在齿根部位断裂掉块,典型照片如图2所示,7个轮齿在靠齿顶部位断裂掉块,典型照片如图3所示。1.2磁粉探伤检查磁粉探伤法,是指利用磁粉检测材料在缺口附近漏磁场中的堆积而测定铁磁性材料表层及近表面处缺陷程
3、度的一种无损性测定方式。该检测方式对金属材质工件表面裂纹等问题的测定十分高效,具有装置简单、检测速度快、检测费用比较低廉、显示直观等优势,有利于在现场对大型机械设备和工件进行检测按 ISO 6336-52016 ME对该二级行星轮进行磁粉探伤检查,发现部分轮齿齿根有裂纹显示,断裂和非断裂轮齿齿根都有,最长约为75 mm,断裂轮齿齿根裂纹典型照片如图4所示,非断裂轮齿齿根裂纹典型照片如图5所示。对二级行星轮断裂或非断裂轮齿根部磁粉显示裂纹部位用放大镜进行放大检查,均可见沿轮齿根部轴向分布的裂纹,裂纹开口较大,分布相对平直,典型形貌如图6摘要:某风力发电齿轮箱用18CrNiMo7-6二级行星轮在风
4、场工作过程中发现齿轮箱二级行星轮有断齿现象。对该二级行星轮进行外观检查、磁粉探伤检查、断裂轮齿和裂纹断口分析、烧伤检测分析、化学成分检测分析、显微组织分析、硬度及渗碳层深分析。结果发现,该二级行星轮轮齿有效硬化层深度比图样要求略深,其余冶金质量正常;轮齿根部断裂及裂纹性质相同,均为弯曲疲劳,疲劳均起始于齿根过渡圆角R处。关键词:二级行星轮;断裂;疲劳中图分类号:TH 132.41文献标志码:A文章编号:10022333(2023)08014503Broken Teeth Causes Analysis of 18CrNiMo7-6 Secondary Planetary GearZHANG K
5、ai,QI Ling(NFAICHigh Precision Transmission Co.,Ltd.,Zhuzhou 412000,China)Abstract:In the process of wind farm work,a wind power generation gearbox with 18CrNiMo7-6 secondary planetary gearis found to have broken teeth in the gearbox secondary planetary wheel.The secondary planetary wheel is subject
6、ed toappearance inspection,magnetic particle inspection,fracture analysis of broken gear teeth and cracks,burn test analysis,chemical composition test analysis,microstructure analysis,hardness and carburization layer depth analysis.The resultsproves that the effective hardening layer depth of the se
7、condary planetary gear teeth is slightly deeper than therequirement of the drawing,and the rest of the metallurgical quality is normal;the root fracture and cracks of the gearteeth are of the same nature,all of them are bending fatigue,and the fatigue starts at the excessive rounding angle R of thet
8、ooth root.Keywords:secondary planetary wheel;fracture;fatigue图3二级行星轮齿靠近齿顶断裂形貌图2二级行星轮齿齿根断裂形貌图1二级行星轮整体外观形貌145机械工程师MECHANICAL ENGINEER2023 年第 8 期网址: 电邮:MECHANICAL ENGINEER所示。1.3断口分析断口研究的主要内容是对断口部位表面的宏观形貌和显微构造特性的直接观测与研究。对断口部位开展宏观研究的实验设备,一般是放大观察镜(约10倍)和体视显微镜(550倍)等。在许多情形下,通过宏观研究就能够确认断裂的特征、起始部位及断裂的方向。1.3.
9、1断裂轮齿断口研究经目视和用体视镜检测后,该二级行星轮齿根部位开裂的全部2个轮齿开裂的轮齿断面都比较平整,且疲劳弧线和放射棱线的特征比较明确,基本为相互平行的条纹,略带弯曲呈波浪形,疲劳条纹垂直于疲劳裂纹的延伸方向,性能上均为疲劳裂纹。所谓疲劳裂纹,即金属材料结构件等承压件在远远小于金属材料抗拉强度极限的交变载荷影响下产生的开裂现象。整个疲劳断裂过程大致包括了裂纹形成、裂纹延伸及最后断裂3个步骤5。由于金属材料结构在交变应力影响下,其部分外表发生了塑性变化,从而引发了疲劳裂纹,一般发生在金属材料结构表层上应力较集中的地方,如晶界、划痕、蚀坑等位置。而疲劳断裂扩展过程的主要特点就是形成了疲劳辉纹
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