Page 67 - 理化检验-物理分册2023年第一期

仵永刚: 风电偏航双列球轴承外圈断裂的原因

变桨轴承》 对42CrMo钢的要求。

图1 断裂轴承外圈的宏观形貌 图2 断裂轴承外圈断口处的宏观形貌
表1 断裂轴承的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C S P Mn Cr Mo H O

实测值 0.42 0.004 0.010 0.73 1.10 0.17 0.00005 0.0008

标准值 0.41~0.45 ≤0.025 ≤0.025 0.60~0.80 1.00~1.20 0.15~0.25 ≤0.0002 ≤0.0020
1.3 金相检验 因受到挤压摩擦而被严重破坏。由图 4 可知: 断

在轴承外圈装球缺口与锥销孔断裂位置取样, 口Ⅰ断裂源位于孔壁摩擦塑性变形沟槽底部, 断口
并进行金相检验, 结果如图3所示, 可见断裂轴承的 Ⅳ断裂源位于孔壁腐蚀坑底部, 断口Ⅰ和断口Ⅳ的
显微组织为回火索氏体调质组织, 晶粒度等级为 断裂源均位于锥销孔的孔壁处, 与装球缺口的距离

7.0级。 为0.5~1.5mm , 断裂源位置有明显的金属塑性变
形和挤压摩擦痕迹, 呈沟槽状[ 图4a ), 4c ) 圆圈所示
标记位置为断裂源位置]; 锥销孔的孔壁有大量沿圆
周方向分布的摩擦塑性变形痕迹, 局部锈蚀明显。
表2 断裂轴承的力学性能测试结果
冲击吸收能
屈服强 抗拉强 断后伸 断面收
项目 量( -40℃ )
度 / MPa 度 / MPa 长率 / % 缩率 / %
/ J
实测值 668 833 14.5 60 45.8
标准值 ≥550 800~950 ≥13.0 ≥50 ≥27.0

对断口 Ⅰ 和断口 Ⅳ 的断裂源进行能谱分析,
发现断口Ⅰ 断裂源处的化学成分为 42CrMo钢基
体成分, 未发现夹杂物分布痕迹; 断口 Ⅳ 断裂源处
主要含有 Fe 、 O 元素, 推测其主要成分为铁锈( 见

图5 )。
2 综合分析

图3 断裂轴承的微观形貌 由上述理化检验结果可知, 断裂轴承的化学成
1.4 力学性能测试 分、 显微组织、 晶粒度、 力学性能均未见异常。双排
在断裂轴承外圈基体处取样, 并进行力学性能 四点接触球偏航轴承的结构复杂, 轴承内圈与机舱
测试, 结果如表2所示, 可见断裂轴承的力学性能均 连接, 外圈和塔架顶部法兰通过螺栓连接, 锥销孔和

符合JB / T6396 — 2006 《 大型合金结构钢锻件 技术 安装孔均匀分布, 风机在工作过程中受轴向力、 径向

条件》 的要求。 力和倾覆力矩的联合作用。风力发电机开始偏转
1.5 扫描电镜( SEM ) 与能谱分析 时, 偏航加速度会产生冲击力矩。偏航转速越高, 产
在轴承外圈断口处截取试样, 并进行 SEM 分 生的加速度就越大, 使转动惯量增大, 导致本来就很
析, 结果如图4所示, 其中断口Ⅱ和断口Ⅲ的断裂源 大的冲击力矩成倍增加 [ 1 ] 。
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