一、滑动轴承图片之风电齿轮箱滑动轴承断裂分析
本公司生产的风力发电齿轮箱采用滑动轴承。钢背材质为Q345D。工艺流程为锻造正火粗铜吊。在浇注过程中,制造商在钢背两侧焊接钢板,防止铜合金在浇注过程中被抛出。同时对钢背进行感应加热预热,保证钢背与铜合金之间的粘结。在提交产品的过程中,供应商发现其中一块滑动轴承断裂,另外17块铜合金无法与钢背粘结。 从图1可以看出,钢背的断裂位置在内环内,截面的径向条纹清晰可见。根据断裂理论,径向条带的收敛位置是裂纹源的位置,即箭头位置。同时,裂缝源区与基体之间存在明显的色差。 图2显示了钢板和钢的焊接情况,可以看到,有一个明显的黄色亮层未焊好的地区,这是由铜合金连接后表面的断裂分析,表明该位置被打破之前,铸造铜合金。但焊接区域焊缝颜色为灰色,与钢基体颜色不同。对试样进行解剖、抛光、腐蚀,并对特征位置进行标定,如图3所示。 从图4中可以看出,在钢板的1号位置和钢背的1号位置都有明显的裂纹,裂纹沿晶体分布,在裂纹周围有几个小裂纹,裂纹的分布是间歇性的。钢背裂纹两侧无氧化脱碳现象,也排除了锻造裂纹的可能性。同时,裂纹内部存在光亮的铜合金,说明离心铸造前裂纹已经存在。 从图5中可以看出,位置2处存在裂纹,裂纹发生在靠近焊缝粗晶区钢背侧的热影响过热度区,与熔线大致平行。裂纹为穿晶裂纹,裂纹端部组织不连续。我们知道Q345D是一种低合金高强钢,对氢敏感,在不适当的工艺条件下容易形成氢致裂纹。同时,这一领域的微观结构是厚的马氏体微观结构,表明焊后工件的冷却速度快,和组织硬化的现象发生,这将形成一个较大的残余拉应力的热影响区域,并增加其冷裂纹倾向,低压力下导致裂缝的产生。测量后,焊缝马氏体区厚度为17mm。 从图6可以看到厚马氏体结构的焊接热影响区也出现了,和整个马氏体区厚度3毫米,过渡到一个衬底位置出现在马氏体贝氏体混合组织,区域性组织的韧性很低,有更多的空间,如位错晶格缺陷,在压力下很容易形成裂纹源的弱势地位。 通过对1号和2号位置裂纹的观察和应力分析,可以判断焊缝在焊接过程中存在氢富集的因素。此外,冷却速度快,在残余拉应力的作用下,焊缝中的残余氢会扩散到热影响区和母材区。此外,热影响区厚马氏体结构对氢脆十分敏感,容易发生氢致开裂。同时,在马氏体相变拉应力的作用下,裂纹迅速扩展,除去外部多余的钢板后,最终导致钢背断裂。 通过对钢背内外圈金相组织的分析,找出铜合金与钢背不能粘结的主要原因。 图7a为钢背内环附近的晶粒尺寸图,晶粒尺寸为8级,图7b为外环附近的晶粒尺寸图,晶粒尺寸为3 ~ 4级。同时,内环和外环的组织也有明显的差异,如图8所示。 从图8a可以看出,内环结构为大量未熔块状铁素体和少量珠光体结构,而外环结构为大型贝氏体结构。图8c显示,外圈表面存在脱碳现象,整个铁氧体层氧化严重,有大量点状氧化物。 从上面的分析可以判断,在感应加热的过程中,感应加热设备位于外环钢背,所以外环的温度高,停留时间长,导致表面脱碳和粗粒度的现象。但内环结构中仍有大量未熔铁素体,晶粒细小,说明温度较低,未达到奥氏体温度。同样,焊缝处仍然存在马氏体组织,这也可以验证内环温度较低。当钢的温度很低,浇注铜水将大大降低合金铜和钢铁之间的粘附力,容易造成的分离铜合金层与钢背,甚至铜合金层的开裂,导致失败的铜合金和钢之间的焊接。 (1)焊接过程中操作不当引起的氢裂纹是导致钢背断裂的主要原因。建议:(1)对钢背和焊丝进行必要的烘干。(2)预热并减慢冷却速度,有利于氢气的扩散和逸出,同时避免组织硬化的出现。 (2)钢背的预热过程不当导致不均匀的加热温度的内环和外环钢背,和内圈的温度很低,远低于所需温度的离心铸造,导致钢和铜合金之间的附着力差,而且容易导致铜合金的剥落。建议:均匀加热温度,使钢背内环达到离心浇注温度,保证粘合力。 “热处理生态圈”以热处理为报告核心方向,关注影响成品件材料、冶金、热成型、加工、结构等全链条因素,构建品质生态圈概念。
二、滑动轴承图片之滚动轴承和滑动轴承之间的区别,你真忽视不得!
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