分享：用作滚道的行星轮内孔表面黑点产生原因

摘 要:对某批次用作滚道的行星轮进行磨削烧伤检测,在其内孔表面发现黑点。采用宏观观 察、化学成分分析、扫描电镜及能谱分析、金相检验、黑点数量统计等方法对行星轮内孔表面产生黑 点的原因进行分析。结果表明:行星轮内孔表面存在非金属夹杂物,磨削烧伤检测过程中,非金属 夹杂物被腐蚀并形成黑色孔洞,其宏观表现为黑点。 

关键词:滚道;行星轮;磨削烧伤检测;黑点;非金属夹杂物 

中图分类号:TB31;TG115.2                    文献标志码:B                             文章编号:1001-4012(2023)07-0047-04

清洁能源是指不排放污染物、能够直接用于生 产及生活的能源,主要包括核能、风能、太阳能、潮汐 能、生物能等,其中风能作为第三大清洁能源,越来 越受到世界各国的重视。清洁能源虽然对环境友 好,但其投资、维护费用高,需要提高风机单位质量 的能量密度,以降低整机成本。风电齿轮箱为多级 行星传动,具有零件多、精度高等特点。近年来,在 风电增速齿轮箱中,越来越多地应用行星轮和轴承 整合结构,将行星轮的内孔进行硬化处理,并作为轴 承的外圈,该结构可以减小齿轮箱的体积、降低整机 成本、避免行星轮与轴承发生打滑[1]。

某批次用作滚道的行星轮材料为18CrNiMo7-6 钢,在经过渗碳淬火+回火工序后,对其进行精磨, 随后按照 GB/T17879—1999《齿轮磨削后表面回 火的浸蚀检验》对其进行磨削烧伤检测,腐蚀结束后 发现行星轮内孔表面出现较多均匀分布的黑点[2]。 磨削热会引起齿面回火或二次淬火,从而使行星轮 的组织发生变化,因此需对行星轮进行磨削烧伤检 测,其检测原理为:经硝酸溶液腐蚀后,烧伤区域与 未烧伤区域的颜色存在差异。磨削烧伤检测过程 中,体积分数为3%~5%的硝酸水溶液用于腐蚀试 样,体积分数为4%~6%的盐酸水溶液用于试样脱 色,以及pH 不小于10的碱性溶液用于中和溶液。 除磨削烧伤检测过程外,整个生产、检测过程中,零 件均不接触腐蚀性介质。笔者采用一系列理化检验 方法,查明了该批次行星轮内孔表面产生黑点的原 因,以防止该类问题再次发生。 

1 理化检验 

1.1 宏观观察

在行星轮内孔处取样,将试样进行最小程度的 磨平及抛光处理,然后按照 GB/T17879—1999对 试样进行磨削烧伤腐蚀,其中硝酸乙醇溶液及盐酸 水溶液的体积分数均为4%,腐蚀的时间为30s,腐 蚀后试样的宏观形貌如图1所示,可见行星轮内孔 表面有黑点。 

1.2 化学成分分析 

在行星轮内孔处取样,对其进行化学成分分析,结 果如表1所示,可见该行星轮的化学成分符合 GB/T 3077—1999《合金结构钢》对18CrNiMo7-6钢的要求。

1.3 扫描电镜(SEM)及能谱分析 

采用SEM对黑点进行观察,结果如图2所示。对 黑点进行能谱分析,分析位置如图2所示,分析结果如表 2所示,可见黑点主要含有O、Mg、Al、Ca、Mn、S等元素。

采用SEM 对非金属夹杂物进行观察,结果如 图3所示。

1.4 金相检验 

在行星轮内孔处截取试样,将试样进行磨制、抛 光、腐蚀处理,然后用光学显微镜对其进行观察,结 果如图4所示,可见内孔渗层组织为细针状马氏体 +少量残余奥氏体,心部组织为贝氏体+马氏体。

采用光学显微镜观察非金属夹杂物的抛光态和 腐蚀态形貌,结果如图5,6所示。由图5,6可知:非 金属夹杂物主要为 A 类夹杂物、B类夹杂物、D 类 球状氧化物;所有非金属夹杂物均被腐蚀,且夹杂物 脱落后形成腐蚀坑的尺寸比夹杂物的尺寸更大;夹 杂物级别分别为 A0.5,B1.0,C0,D1.5,DS0.5级。

1.5 黑点数量统计 

在行星轮内孔表面取尺寸为14mm×16mm (长度×宽度)的试样,在超景深显微镜下对试样进 行观察,结果如图7所示。 

分别在100%放大显示及40%缩小显示两种情 况下统计可见黑点的总数,按照 GB/T10561— 2005《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图 显微检验法》计算对应倍数下单位视场内的黑点数 量,发现在100%放大显示及40%缩小显示下,单位 视场内的平均黑点数量分别为6.4个和3.7个。依据GB/T10561—2005对黑点进行非金属夹杂物评 级,判断黑点为夹杂物被腐蚀后形成的腐蚀坑。

2 综合分析 

黑点数量统计结果显示:100%放大显示下,单 位视场内的平均黑点数量约为6.4个,在40%缩小 显示下,单位视场内的平均黑点数量为3.7个。依 据单位视场内的黑点数量进行非金属夹杂物评级, 结果为 A1.5、B1.5、C1.5、D1.5、DS1.0级,说明夹杂 物被腐蚀且形成了腐蚀坑,宏观显示为黑点。磨削 烧蚀检测中,A类、B类及 D类夹杂物(试样未见 C 类夹杂物)均被腐蚀,形成了腐蚀坑,且不同夹杂物 被腐蚀后形成的腐蚀坑尺寸不同,其中 A 类、B类 夹杂物腐蚀后形成的腐蚀坑在长度方向的平均增幅 为24%,宽度方向的平均增幅为480%;D类夹杂物 腐 蚀后形成的腐蚀坑直径的平均增幅为69%。说明 A类、B类夹杂物被腐蚀后,周围的基体也会被 腐蚀,形成腐蚀坑的尺寸更大,而 D类夹杂物被腐 蚀后,基体虽然也会被腐蚀,但形成腐蚀坑的尺寸较 小,说明其腐蚀程度较轻。

3 结论 

行星轮内孔表面产生黑点的原因为:在磨削烧 伤检测中,行星轮内孔表面的非金属夹杂物及其周围基体被腐蚀,并形成了腐蚀坑,宏观表现为黑点。 

参考文献: 

[1] 束长林,王炯,王明镜,等.一种基于滚动轴承整合设 计的风电行星轮内孔的磨削方法[J].机械工程师, 2020(12):31-33. 

[2] 宋亚虎,刘铁山,史向阳,等.齿轮磨削烧伤检测技术 现状及发展趋势[J].理化检验(物理分册),2014,50 (10):714-717. 

<文章来源 >材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 59卷 > 7期 (pp:47-50)>