17CrNiMo6鋼高速軸裂紋斷軸分析及防止措施

1、17CrNiMo6鋼高速軸裂痕斷軸分析及防止措施 針對(duì)17CrNiMo6鋼高速軸出現(xiàn)裂痕斷軸問題，分析了產(chǎn)生裂痕斷軸的原因，并提出了預(yù)防措施。 2021年2月18日，恒晉煤業(yè)采煤事業(yè)部安裝的SSJ-1000型皮帶機(jī)，其配套減速機(jī)是英國(guó)波頓BOTON生產(chǎn)的，高速軸材質(zhì)為17CrNiMo6鋼，在使用過程中發(fā)生裂痕斷軸事故。隨后我礦組織相關(guān)科室人員，會(huì)同減速機(jī)廠方技術(shù)人員對(duì)此次事故進(jìn)行了全面細(xì)致的分析。 對(duì)軸裂痕產(chǎn)生的原因分析 從加工角度分析 產(chǎn)生裂痕的原因主要是滲層在冷卻過程中產(chǎn)生不均勻相變?cè)斐傻摹B層中存在大塊滲碳體和連續(xù)的網(wǎng)狀碳化物，滲層的金相組織為三層，最外層為下貝氏體和網(wǎng)狀碳化物；中層為淬

2、火馬氏體、下貝氏體和網(wǎng)狀碳化物；第三層為下貝氏體加鐵素體，由表及里的硬度檢查見下表。檢查部位 滲碳層 母材外表層 中間層 過渡層硬度HL420.433.458 513.501.479 492.479.414 318.337.307 相變受下述因素影響： 1.1 溫度的影響 由于碳在鐵素體中的溶解度較小最高約為0.025%，而在奧氏體狀態(tài)下，滲碳溫度越高，碳在其中的擴(kuò)散系數(shù)越大，既滲碳速度越大。但溫度不宜過高，否則滲碳設(shè)備使用壽命顯著下降或損壞，而且溫度過高時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)造成滲層組織粗大，碳化物級(jí)別超差等缺陷。通常生產(chǎn)實(shí)際中采納900、930滲碳。 1.2 碳濃度的影響 緩冷裂痕與滲碳時(shí)的碳勢(shì)有關(guān)。

3、在滲碳初期，由于工件表面窮碳，接受活性碳原子的能力很強(qiáng)，滲碳速度較快，此時(shí)爐內(nèi)碳勢(shì)較低，需要向爐內(nèi)通過大量的滲劑，以維持爐內(nèi)的碳勢(shì)，具體還與裝爐量有關(guān)，此時(shí)如果不能及時(shí)補(bǔ)充滲劑，可能造成滲碳時(shí)間過長(zhǎng)，碳濃度分布曲線下凹等缺陷，但也不能過強(qiáng)，否則可能出現(xiàn)大量網(wǎng)狀碳化物而無法消除。當(dāng)工件表面含碳量不斷升高，碳勢(shì)不斷建立的狀況下，應(yīng)逐步減少滲劑的加入，滲碳進(jìn)入擴(kuò)散階段，如果此時(shí)仍堅(jiān)持大劑量的滲劑，就要形成表面網(wǎng)狀碳化物，使?jié)B層的強(qiáng)度下降，脆性增加，尤其是抗拉強(qiáng)度的下降，對(duì)防止出現(xiàn)緩冷裂痕相當(dāng)不利。 1.3 滲碳時(shí)間的影響 當(dāng)滲碳溫度、碳勢(shì)確定以后，滲碳時(shí)間主要取決于有效硬化層深度，滲碳時(shí)間越長(zhǎng)，硬化

4、層越深，反之越淺。關(guān)于17NiCrMo6鋼硬化層在10-15m的工件，如果擴(kuò)散期控制不好，時(shí)間過短，有可能造成滲層碳濃度分布曲線過陡，在以后的緩冷過程中，形成緩冷裂痕。 1.4 緩冷速度的影響 緩冷一般是在冷卻井中進(jìn)行的，其冷卻速度應(yīng)比空冷更加緩慢，以便盡可能得到較平衡的組織。如果由于某種原因，使緩冷速度相當(dāng)于空冷速度，結(jié)果就要出現(xiàn)緩冷裂痕。分析結(jié)果也說明，當(dāng)滲碳層表面的含碳量達(dá)到共析成分以上時(shí)，滲層的淬透性不完全相同，在特定的緩冷速度下，發(fā)生不均勻相變，中間層的馬氏體比容較大，使表面受拉應(yīng)力，由于表層有惡化，承受不了大的拉力而開裂。 從安裝與使用的角度原因分析 2.1 安裝誤差的影響 把斷軸

5、改換后，通過現(xiàn)場(chǎng)操平、找正，原來與規(guī)定要求的偏差：見下表1。分別比規(guī)定的多：0.21.2mm；0mm；12。由于嚴(yán)重不同心及角度位移存在，使得軸長(zhǎng)期在不良的狀態(tài)中運(yùn)行，加之軸上還有一制動(dòng)輪，由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使得應(yīng)力集中到一點(diǎn)，時(shí)間長(zhǎng)了就發(fā)生裂痕斷軸事故。 表1減速機(jī)與電動(dòng)兩聯(lián)軸器的誤差表梅花形許用軸向位移mm許用經(jīng)向位移mm許用角度位移2.05.00.81.81.02.0實(shí)際軸向位移mm實(shí)際經(jīng)向位移mm實(shí)際角度位移223 2.2 檢查、操作不當(dāng)?shù)挠绊?該部皮帶機(jī)是雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且安裝有電液推桿制動(dòng)閘，假設(shè)兩制動(dòng)閘不同步，或者有一個(gè)制動(dòng)閘不運(yùn)行或運(yùn)行不正常時(shí)，當(dāng)皮帶機(jī)啟動(dòng)時(shí)，一個(gè)制動(dòng)閘打開

6、，而另一個(gè)還沒有打開或打不開，那么打開的那個(gè)高速軸就會(huì)很容易產(chǎn)生扭軸裂痕，發(fā)生斷軸事故。 防止措施 3.1防止緩冷裂痕措施 通過上述分析可知，產(chǎn)生緩冷裂痕的條件一是滲層中存在著大量的塊狀及網(wǎng)狀碳化物，使之性能惡化；二是滲層中發(fā)生不均勻相變。預(yù)防措施是：首先要避免滲層中產(chǎn)生大量網(wǎng)狀碳化物。關(guān)于17CrNiMo6這種含Cr、Mo強(qiáng)碳化物形成元素的鋼，滲碳時(shí)碳勢(shì)不能過高，尤其是到了擴(kuò)散期，一定要把碳勢(shì)降到0.9%C左右，并堅(jiān)持一定的時(shí)間，防止產(chǎn)生碳化物。 另外，要避免中間層產(chǎn)生馬氏體。緩冷效果比較好時(shí)，一般組織比較平衡，沒有不均勻相變，但由于冷卻井內(nèi)比較潮濕，水分較大，使冷卻速度提升而產(chǎn)生裂痕。如果冬天環(huán)境溫度比較低，工件裝爐量少，雖然是在冷卻井中，冷卻速度仍很快，也容易產(chǎn)生緩冷裂痕。 3.2.1