Page 31 - 理化检验-物理分册2022年第五期

代克顺, 等: 变电站用铸造 ZA33 锌铝合金蜗轮断裂原因

碰撞, 在蜗轮销轴孔处产生裂纹, 多次分合闸后裂纹
2 结合分析
由蜗轮销轴孔处向键槽处扩展直至蜗轮断裂。
蜗轮试样的断口呈灰色, 有少量白色亮点, 断口 建议改善蜗轮的铸造工艺以消除铸造缺陷, 并
附近无明显塑性变形, 呈现脆性断裂特征。蜗轮销 将缓冲结构更换为碟簧结构。碟簧结构性能稳定,
轴孔附近有多条明显的裂纹, 因此推断蜗轮销孔处 能有效地解决橡胶垫老化造成的缓冲结构失效问
为裂纹源。 题, 延长蜗轮的运行寿命。
化学成分分析结果表明, 蜗轮中的铝含量高达
参考文献:
37.4% , 销轴的材料为 45 钢。硬度测试结果表明蜗

轮的布氏硬度小于120HBW , 销轴的布氏硬度高达 [ 1 ] 孙月海, 张新, 郑惠江 . 蜗杆传动用摩擦副材料在滑动
268HBW , 销轴的硬度远大于蜗轮的硬度。拉伸试 干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究[ J ] . 摩擦学学报,

验结果表明, 蜗轮的抗拉强度小于 60MPa , 断后伸 2005 , 25 ( 3 ): 279-282.
[ 2 ] 张燕军, 徐勇, 马小燕, 等 . 蜗杆传动中蜗轮材 料 的 研
长率小于 1% , 蜗轮的抗拉强度远低于厂家设计要
究进展[ J ] . 机械传动, 2020 , 44 ( 4 ): 170-176.
求( ≥400MPa )。
[ 3 ] 卜金纬 . 铸造锌铝合金 ZA27 变质处理的研究现状与
由于蜗轮中的铝含量过高, 因此在其铸造成型
展望[ J ] . 常州工学院学报, 2008 , 21 ( 1 ): 1-6.
时出现粗大的一次组织, 从而降低了蜗轮的抗拉强
[ 4 ] 童燕波 . 蜗轮副曳 引 机 的 设 计 制 造 与 应 用 研 究 [ D ] .
度和断后伸长率 [ 14 ] 。销轴孔处的裂纹主要沿着晶
杭州: 浙江工业大学, 2008.
化合物粒子呈网状分
界扩展, 这主要是由于 CuZn 3 [ 5 ] GU C L. Present state of investi g ation and
布在晶界, 在晶界处容易产生应力集中, 有利于裂纹 a pp lication ofzinc and zinc allo y [ J ] .Nonferrous

的扩展。 Allo y , 2003 , 55 ( 4 ): 45-47.
断口的微观形貌和能谱分析结果表明, 裂纹源 [ 6 ] 王琦 . 铸造针孔 和 钠 变 质 对 ZL101 铸 铝 合 金 组 织 和
性能的影响[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2004 , 40 ( 9 ):
区和裂纹扩展区的断口无韧窝, 呈现脆性断裂特征。
断口有明显的显微裂纹和疏松, 断口表面主要含有 443-445.
[ 7 ] 朱权利, 张先满, 汪桂龙, 等 . 锌合金蜗轮的挤 压 铸 造
氧、 铝、 铜、 锌等元素, 断口疏松区域和其他区域的元
[ J ] . 特种铸造及有色合金, 2013 , 33 ( 6 ): 529-531.
素种类及含量基本一致。蜗轮在铸造凝固过程中形
[ 8 ] 杨瑞彩 . 锌铝合金的研究现状及新应用[ J ] . 世界有色
成粗大的一次树枝晶且相互穿插, 使枝晶之间存在
金属, 2020 ( 6 ): 4-5.
一部分被孤立的液体, 凝固收缩时铸液得不到及时 [ 9 ] 佘昆, 罗海军, 朱权利, 等 . 电梯曳引机用铸造锌合金
补充, 最后形成了分散的、 形状不规则的缩孔, 缩孔 蜗轮的失效分析[ J ] . 特种铸造及 有 色 合 金, 2014 , 34
的存在大大降低了蜗轮的强度 [ 9 ] 。 ( 5 ): 552-556.
根据现场技术人员反馈, 设备机构的缓冲橡胶 [ 10 ] 黄来铀, 李思宇 . 低熔点合金及锌合金快速制模技术
垫已发生严重硬化, 失去原有的缓冲作用, 导致刀闸 [ J ] . 现代零部件, 2004 ( 7 ): 72-74.
[ 11 ] 和渝森 . 压铸 锌 合 金 的 新 工 艺 研 究 [ J ] . 科 技 资 讯,
分合过程中机构蜗轮销轴与橡胶缓冲处的钢板产生
刚性碰撞, 蜗轮销轴孔受缓冲销轴挤压, 在孔周围产 2010 , 8 ( 5 ): 84.
[ 12 ] 曹国洲, 李国伟, 肖 道 清 . 锌 合 金 铸 件 断 裂 失 效 分 析
生较大的应力。
[ J ] . 热加工工艺, 2012 , 41 ( 23 ): 206-207.
3 结论及建议 [ 13 ] 赵冰, 司乃潮, 刘 光 磊, 等 . 锰 合 金 化 对 ZA33 显 微 组
织和热疲劳 性 能 的 影 响 [ J ] . 有 色 金 属 工 程, 2015 , 5
蜗轮粗大的树枝晶组织, 呈网状分布在晶界的 ( 2 ): 11-15.
化合物粒子, 以及蜗轮内部的疏松等铸造缺
CuZn 3 [ 14 ] 王泾文 . 含铝量对锌铝合金组织和性能的影响[ J ] . 热
陷大大降低了蜗轮的强度。由于橡胶垫发生严重硬 加工工艺, 2014 , 43 ( 24 ): 40-43.
化, 分合闸过程中蜗轮销轴与橡胶缓冲垫发生刚性

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