Page 80 - 理化检验-物理分册2025年第二期

厉旭旺，等：兆瓦级风机偏航齿轮箱中心轮断轴原因

图 4 2 号中心轮输出齿侧非金属夹杂物检测结果 图 5 2 号中心轮输出齿侧平均晶粒度评定结果
结果如图5所示。经分析判定，花键、轴肩、输出齿 图6所示。由图6可知： 该中心轮经渗碳淬火+回火
不同位置的平均晶粒度等级均不低于9.0级，满足技 处理，输出齿的表层组织为针状马氏体+少量残余
术要求（不小于5级）。 奥氏体，心部组织为贝氏体+低碳马氏体；轴肩部
参照GB/T 25744—2010《钢件渗碳淬回火金 位的表层、心部组织均为贝氏体+低碳马氏体，符
相检验》对2号中心轮的显微组织进行观察，结果如 合技术要求，显微组织未见异常。

图 6 2 号中心轮的显微组织形貌
1.6 扫描电镜（SEM）及能谱分析 变为材料的瞬时断裂；瞬断区c区的占比较小 （约为
用丙酮、乙醇超声清洗2号中心轮断口试样，然 15.6%）。

后将其置于SEM下观察，结果如图7所示。由图7 结合设计最大扭矩、输出末端与4级结构传动
可知：该中心轮断口初始裂纹源区域存在的摩擦痕 比进行扭矩及力值的换算，工程领域材料的扭转强
迹最严重，裂纹呈阶梯式向内扩展，多处缺口位置 度一般为屈服强度的0.6~0.8，扭转疲劳极限一般为
特征一致，说明材料发生了多源开裂，裂纹缓慢向内 屈服强度的0.25~0.40，故设计扭转强度约为510~
扩展；a区以阶梯式断裂为主，b区台阶扩展形貌消 680 MPa，扭转疲劳极限约为212~340 MPa；部件未
失，断口较平滑，摩擦痕迹减轻，a、b过渡区位置存 开裂时的扭转应力约为296 MPa，低于扭转强度极
在多处扭转裂纹，说明b区的裂纹扩展速率明显加 限，但超过材料扭转剪切的疲劳极限；断裂时的扭
快；b、c过渡区形貌突变明显，出现扭转撕裂棱，微 转应力约为656 MPa，接近扭转强度极限，故材料发
观形貌特征趋向于沿晶断裂，并伴随少许剪切韧窝 生瞬断。确认该中心轮断裂性质为低应力扭转疲劳
特征，说明断裂速率明显加快，由裂纹的加速扩展转 断裂。

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