摘 要:對某批次用作滾道的行星輪進行磨削燒傷檢測,在其內孔表面發(fā)現(xiàn)黑點。采用宏觀觀 察、化學成分分析、掃描電鏡及能譜分析、金相檢驗、黑點數(shù)量統(tǒng)計等方法對行星輪內孔表面產(chǎn)生黑 點的原因進行分析。結果表明:行星輪內孔表面存在非金屬夾雜物,磨削燒傷檢測過程中,非金屬 夾雜物被腐蝕并形成黑色孔洞,其宏觀表現(xiàn)為黑點。
關鍵詞:滾道;行星輪;磨削燒傷檢測;黑點;非金屬夾雜物
中圖分類號:TB31;TG115.2 文獻標志碼:B 文章編號:1001-4012(2023)07-0047-04
清潔能源是指不排放污染物、能夠直接用于生 產(chǎn)及生活的能源,主要包括核能、風能、太陽能、潮汐 能、生物能等,其中風能作為第三大清潔能源,越來 越受到世界各國的重視。清潔能源雖然對環(huán)境友 好,但其投資、維護費用高,需要提高風機單位質量 的能量密度,以降低整機成本。風電齒輪箱為多級 行星傳動,具有零件多、精度高等特點。近年來,在 風電增速齒輪箱中,越來越多地應用行星輪和軸承 整合結構,將行星輪的內孔進行硬化處理,并作為軸 承的外圈,該結構可以減小齒輪箱的體積、降低整機 成本、避免行星輪與軸承發(fā)生打滑[1]。
某批次用作滾道的行星輪材料為18CrNiMo7-6 鋼,在經(jīng)過滲碳淬火+回火工序后,對其進行精磨, 隨后按照 GB/T17879—1999《齒輪磨削后表面回 火的浸蝕檢驗》對其進行磨削燒傷檢測,腐蝕結束后 發(fā)現(xiàn)行星輪內孔表面出現(xiàn)較多均勻分布的黑點[2]。 磨削熱會引起齒面回火或二次淬火,從而使行星輪 的組織發(fā)生變化,因此需對行星輪進行磨削燒傷檢 測,其檢測原理為:經(jīng)硝酸溶液腐蝕后,燒傷區(qū)域與 未燒傷區(qū)域的顏色存在差異。磨削燒傷檢測過程 中,體積分數(shù)為3%~5%的硝酸水溶液用于腐蝕試 樣,體積分數(shù)為4%~6%的鹽酸水溶液用于試樣脫 色,以及pH 不小于10的堿性溶液用于中和溶液。 除磨削燒傷檢測過程外,整個生產(chǎn)、檢測過程中,零 件均不接觸腐蝕性介質。筆者采用一系列理化檢驗 方法,查明了該批次行星輪內孔表面產(chǎn)生黑點的原 因,以防止該類問題再次發(fā)生。
1 理化檢驗
1.1 宏觀觀察
在行星輪內孔處取樣,將試樣進行最小程度的 磨平及拋光處理,然后按照 GB/T17879—1999對 試樣進行磨削燒傷腐蝕,其中硝酸乙醇溶液及鹽酸 水溶液的體積分數(shù)均為4%,腐蝕的時間為30s,腐 蝕后試樣的宏觀形貌如圖1所示,可見行星輪內孔 表面有黑點。
1.2 化學成分分析
在行星輪內孔處取樣,對其進行化學成分分析,結 果如表1所示,可見該行星輪的化學成分符合 GB/T 3077—1999《合金結構鋼》對18CrNiMo7-6鋼的要求。
1.3 掃描電鏡(SEM)及能譜分析
采用SEM對黑點進行觀察,結果如圖2所示。對 黑點進行能譜分析,分析位置如圖2所示,分析結果如表 2所示,可見黑點主要含有O、Mg、Al、Ca、Mn、S等元素。
采用SEM 對非金屬夾雜物進行觀察,結果如 圖3所示。
1.4 金相檢驗
在行星輪內孔處截取試樣,將試樣進行磨制、拋 光、腐蝕處理,然后用光學顯微鏡對其進行觀察,結 果如圖4所示,可見內孔滲層組織為細針狀馬氏體 +少量殘余奧氏體,心部組織為貝氏體+馬氏體。
采用光學顯微鏡觀察非金屬夾雜物的拋光態(tài)和 腐蝕態(tài)形貌,結果如圖5,6所示。由圖5,6可知:非 金屬夾雜物主要為 A 類夾雜物、B類夾雜物、D 類 球狀氧化物;所有非金屬夾雜物均被腐蝕,且夾雜物 脫落后形成腐蝕坑的尺寸比夾雜物的尺寸更大;夾 雜物級別分別為 A0.5,B1.0,C0,D1.5,DS0.5級。
1.5 黑點數(shù)量統(tǒng)計
在行星輪內孔表面取尺寸為14mm×16mm (長度×寬度)的試樣,在超景深顯微鏡下對試樣進 行觀察,結果如圖7所示。
分別在100%放大顯示及40%縮小顯示兩種情 況下統(tǒng)計可見黑點的總數(shù),按照 GB/T10561— 2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標準評級圖 顯微檢驗法》計算對應倍數(shù)下單位視場內的黑點數(shù) 量,發(fā)現(xiàn)在100%放大顯示及40%縮小顯示下,單位 視場內的平均黑點數(shù)量分別為6.4個和3.7個。依據(jù)GB/T10561—2005對黑點進行非金屬夾雜物評 級,判斷黑點為夾雜物被腐蝕后形成的腐蝕坑。
2 綜合分析
黑點數(shù)量統(tǒng)計結果顯示:100%放大顯示下,單 位視場內的平均黑點數(shù)量約為6.4個,在40%縮小 顯示下,單位視場內的平均黑點數(shù)量為3.7個。依 據(jù)單位視場內的黑點數(shù)量進行非金屬夾雜物評級, 結果為 A1.5、B1.5、C1.5、D1.5、DS1.0級,說明夾雜 物被腐蝕且形成了腐蝕坑,宏觀顯示為黑點。磨削 燒蝕檢測中,A類、B類及 D類夾雜物(試樣未見 C 類夾雜物)均被腐蝕,形成了腐蝕坑,且不同夾雜物 被腐蝕后形成的腐蝕坑尺寸不同,其中 A 類、B類 夾雜物腐蝕后形成的腐蝕坑在長度方向的平均增幅 為24%,寬度方向的平均增幅為480%;D類夾雜物 腐 蝕后形成的腐蝕坑直徑的平均增幅為69%。說明 A類、B類夾雜物被腐蝕后,周圍的基體也會被 腐蝕,形成腐蝕坑的尺寸更大,而 D類夾雜物被腐 蝕后,基體雖然也會被腐蝕,但形成腐蝕坑的尺寸較 小,說明其腐蝕程度較輕。
3 結論
行星輪內孔表面產(chǎn)生黑點的原因為:在磨削燒 傷檢測中,行星輪內孔表面的非金屬夾雜物及其周圍基體被腐蝕,并形成了腐蝕坑,宏觀表現(xiàn)為黑點。
參考文獻:
[1] 束長林,王炯,王明鏡,等.一種基于滾動軸承整合設 計的風電行星輪內孔的磨削方法[J].機械工程師, 2020(12):31-33.
[2] 宋亞虎,劉鐵山,史向陽,等.齒輪磨削燒傷檢測技術 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].理化檢驗(物理分冊),2014,50 (10):714-717.