Page 55 - 理化检验-物理分册2022年第五期
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陈 亮, 等: 4340 钢齿轮断齿原因

                       表 4  断齿断口覆盖层能谱分析结果                %     裂纹两侧有明显的氮化白亮层; 通过扫描电镜和能
                                    质量分数                       谱分析也发现断口面氮元素含量较高, 进一步说明
             分析位置
                        C         N        O         Fe        了裂纹是在氮化处理前形成的, 因淬火处理发生在
              区域 1     3.92      2.94     4.59      88.55
                                                               氮化处理之前, 故可推断, 齿轮端面和轴颈上的裂纹
              区域 2     3.35      4.05     3.56      89.04
                                                               为淬火裂纹。
            2  综合分析                                                金属淬火应力裂纹是指零件或工件在淬火冷却
                                                               过程中, 由于局部应力过大而引起的淬火裂纹                      [ 1 ] 。
                 从化学成分和非金属夹杂的分析结果可知, 该
                                                               在实际生产过程中, 钢制零件或工件由于结构设计

            齿轮的化学成分符合 SAEJ404-2000 标准对 4340
                                                               不当, 材料选择不当, 存在锻造缺陷( 如表面折叠、 表
            钢化学成分的技术要求; 且非金属夹杂物较少, 纯净
                                                                                      [ 2 ]
                                                               面或次表面偏析、 裂纹等) , 淬火温度控制不当, 淬
            度较高, 说明原材料成分无异常, 无明显冶金缺陷。
                                                               火冷速不当等因素都可能导致淬火裂纹。
                 从显微组织、 平均晶粒度和硬度测试结果可知,
                                                                   结合断齿齿轮裂纹宏观形貌和金相检验结果可
            齿轮材料的显微组织正常, 晶粒比较细小, 说明热处
                                                               知, 裂纹形成在氮化处理之前, 为典型的淬火裂纹。
            理过程中并未因温度过高或处理时间较长而导致晶
            粒长大; 齿轮心部硬度低于客户提供的技术规范要                           3  结论
            求, 可能与回火温度和时间有关; 齿轮表面硬度和渗
                                                                   该齿轮断齿是由于齿轮氮化处理前已存在淬火裂
            氮层深度均符合客户提供的规范要求, 说明渗氮处
                                                               纹, 在齿轮运行过程中啮合受力, 裂纹扩展导致断齿。

            理工艺无明显异常。
                 通过低倍检验结果可知, 断齿上下两侧的其他                         参考文献:
            齿面均有裂纹, 在齿轮端面也发现裂纹。齿轮端面
                                                                [ 1 ]   胡世炎 . 机械失效分析手册[ M ] . 成都: 四川科学技术
            的裂纹沿周向分布, 与断齿断口面及其他齿侧的裂
                                                                    出版社, 1999.
            纹相重合。
                                                                [ 2 ]   王广生, 石康才, 周敬恩 . 金属热处理缺陷分析及案例
                 从金相检验结果可知, 齿轮端面上的裂纹和轴
                                                                    [ M ] . 北京: 机械工业出版社, 2007.
            颈上的裂纹都具有淬火应力裂纹典型特征, 且端面
                                                                                                                
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            头材料本身的缺陷, 包括显微组织异常、 铅元素宏观                          过程验收, 确保设备零缺陷投运。
            偏析和材料选择不当, 另外导气管接头在加工、 热处
                                                               参考文献:
            理和安装过程产生的内应力以及大气腐蚀介质的存
            在, 导致其在设备运行过程中开裂失效。                                 [ 1 ]   李小伟 . 高压 断 路 器 原 理 和 应 用 [ J ] . 科 技 与 企 业,
            3.2  建议                                                 2012 ( 1 ): 69.
                 ( 1 )目前大部分变电站断路器导气管接头和导                        [ 2 ]   宋志刚, 秦鹏刚, 柴园 . 高压六氟化硫断路器的结构及

            气管材料为黄铜, 而黄铜材料不适合用于导气管接头                                原理介绍[ J ] . 科技视界, 2013 ( 21 ): 60.
                                                                [ 3 ]   李炯辉, 林德成 . 金属材料金 相 图 谱[ M ] . 北 京: 机 械
            和导气管, 建议更换为纯铜、 铬青铜或316不锈钢。
                                                                    工业出版社, 2006.
                 ( 2 )导气管接头在加工和使用过程中容易产生

                                                                [ 4 ]   陈隆高 .HPb59-1 黄 铜 的 固 溶———时 效 硬 化 [ J ] . 金
            内应力, 建议采用超声波应力检测法                 [ 9 ] 对安装前后
                                                                    属热处理, 1981 , 6 ( 6 ): 29-31.
            的导气管接头进行内应力检测, 从而减少导气管接
                                                                [ 5 ]   刘志学, 党龙, 程巨强 . 热处理对锻造铅黄铜组织和性
            头的应力腐蚀缺陷。
                                                                    能的影响[ J ] . 西安工业大学学报, 2013 , 33 ( 10 ): 832-

                 ( 3 )设备运行过程中, 建议使用 X 射线对金属
                                                                    835.
            部件进行在线检测, 以避免因断路器泄压而导致停                             [ 6 ]   张鸣, 伍超群, 李扬 . 铅黄铜阀体开裂原因分析[ J ] . 材
            电事故。                                                    料研究与应用, 2009 , 3 ( 3 ): 200-203.


                 ( 4 )建议动态监视六氟化硫气压表, 安装低气                       [ 7 ]   冯红武, 潘星, 沈祎侬, 等 . 某 500kV 换流站铅黄铜线
            压报警装置, 一旦发现压力过低, 相关部门应立即启                               夹断裂失效分析[ J ] . 湖北电力, 2020 , 44 ( 6 ): 33-38.
                                                                [ 8 ]   郭亮, 金献忠, 黄世杰, 等 . 铅黄铜阀芯部件开裂分析
            动预警方案。

                 ( 5 )建议加强入网设备和金具的质量检测, 施                           [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2013 , 49 ( 9 ): 625-627.
                                                                [ 9 ]   李向东, 涂 春 磊, 伍 昊, 等 . 材 料 内 应 力 的 检 测 方 法
            工单位严格按电网标准自检到位, 运检人员加强基
                                                                    [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2020 , 56 ( 6 ): 15-20.
            建工程中间验收, 尤其是隐蔽工程和关键工艺的全
                                                                                                         3 9
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