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17CrNiMo6钢高速轴裂纹断轴分析及防止措施

  
评论: 更新日期:2015年03月15日

  针对17CrNiMo6钢高速轴出现裂纹断轴问题,分析了产生裂纹断轴的原因,并提出了预防措施。   
    2014年2月18日,恒晋煤业采煤事业部安装的SSJ-1000型皮带机,其配套减速机是英国波顿(BOTON)生产的,高速轴材质为17CrNiMo6钢,在使用过程中发生裂纹断轴事故。随后我矿组织相关科室人员,会同减速机厂方技术人员对此次事故进行了全面细致的分析。
    对轴裂纹产生的原因分析   
    从加工角度分析
    产生裂纹的原因主要是渗层在冷却过程中产生不均匀相变造成的。渗层中存在大块渗碳体和连续的网状碳化物,渗层的金相组织为三层,最外层为下贝氏体和网状碳化物;中层为淬火马氏体、下贝氏体和网状碳化物;第三层为下贝氏体加铁素体,由表及里的硬度检查见下表。检查部位 渗碳层 母材外表层 中间层 过渡层硬度(HL)420.433.458 513.501.479 492.479.414 318.337.307   相变受下述因素影响:
    1.1 温度的影响   
    由于碳在铁素体中的溶解度较小(最高约为0.025%),而在奥氏体状态下,渗碳温度越高,碳在其中的扩散系数越大,既渗碳速度越大。但温度不宜过高,否则渗碳设备使用寿命显著下降或损坏,而且温度过高时间过长会造成渗层组织粗大,碳化物级别超差等缺陷。通常生产实际中采用900℃、930℃渗碳。  
    1.2 碳浓度的影响   
    缓冷裂纹与渗碳时的碳势有关。在渗碳初期,由于工件表面穷碳,接受活性碳原子的能力很强,渗碳速度较快,此时炉内碳势较低,需要向炉内通过大量的渗剂,以维持炉内的碳势,具体还与装炉量有关,此时如果不能及时补充渗剂,可能造成渗碳时间过长,碳浓度分布曲线下凹等缺陷,但也不能过强,否则可能出现大量网状碳化物而无法消除。当工件表面含碳量不断升高,碳势不断建立的情况下,应逐步减少渗剂的加入,渗碳进入扩散阶段,如果此时仍保持大剂量的渗剂,就要形成表面网状碳化物,使渗层的强度下降,脆性增加,尤其是抗拉强度的下降,对防止出现缓冷裂纹相当不利。
    1.3 渗碳时间的影响   
    当渗碳温度、碳势确定以后,渗碳时间主要取决于有效硬化层深度,渗碳时间越长,硬化层越深,反之越浅。对于17NiCrMo6钢硬化层在10-15μm的工件,如果扩散期控制不好,时间过短,有可能造成渗层碳浓度分布曲线过陡,在以后的缓冷过程中,形成缓冷裂纹。
    1.4 缓冷速度的影响   
    缓冷一般是在冷却井中进行的,其冷却速度应比空冷更加缓慢,以便尽可能得到较平衡的组织。如果由于某种原因,使缓冷速度相当于空冷速度,结果就要出现缓冷裂纹。分析结果也表明,当渗碳层表面的含碳量达到共析成分以上时,渗层的淬透性不完全相同,在特定的缓冷速度下,发生不均匀相变,中间层的马氏体比容较大,使表面受拉应力,由于表层有恶化,承受不了大的拉力而开裂。
   从安装与使用的角度原因分析
    2.1 安装误差的影响
    把断轴更换后,通过现场操平、找正,原来与规定要求的偏差:见下表1。分别比规定的多:0.2—1.2mm;0mm;1°—2°。由于严重不同心及角度位移存在,使得轴长期在不良的状态中运行,加之轴上还有一制动轮,由于高速旋转产生离心力,使得应力集中到一点,时间长了就发生裂纹断轴事故。
    表1—减速机与电动两联轴器的误差表(梅花形)
 

许用轴向位移(mm) 许用经向位移(mm) 许用角度位移(°
2.0—5.0 0.8—1.8 1.0—2.0
实际轴向位移(mm) 实际经向位移(mm) 实际角度位移(°
2 2 3

    2.2 检查、操作不当的影响
    该部皮带机是双电机驱动,且安装有电液推杆制动闸,若两制动闸不同步,或者有一个制动闸不运行或运行不正常时,当皮带机启动时,一个制动闸打开,而另一个还没有打开或打不开,那么打开的那个高速轴就会很容易产生扭轴裂纹,发生断轴事故。
    防止措施
    3.1防止缓冷裂纹措施   
    通过上述分析可知,产生缓冷裂纹的条件一是渗层中存在着大量的块状及网状碳化物,使之性能恶化;二是渗层中发生不均匀相变。预防措施是:首先要避免渗层中产生大量网状碳化物。对于17CrNiMo6这种含Cr、Mo强碳化物形成元素的钢,渗碳时碳势不能过高,尤其是到了扩散期,一定要把碳势降到0.9%C左右,并保持一定的时间,防止产生碳化物。
    另外,要避免中间层产生马氏体。缓冷效果比较好时,一般组织比较平衡,没有不均匀相变,但由于冷却井内比较潮湿,水分较大,使冷却速度提高而产生裂纹。如果冬天环境温度比较低,工件装炉量少,虽然是在冷却井中,冷却速度仍很快,也容易产生缓冷裂纹。
    3.2防止安装及操作措施
    3.2.1安装时严格按照安装要求进行操平找正工作,使误差在规定的范围内。
    3.2.2调整好两个制动闸使之同步运行。
    综上所述,要消除轴的缺陷,就必须针对这几种现象采取相应的措施,从而保证设备的正常运转。
 

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