齒圈淬火裂紋和變形的防治

風能軸承的最大的特點是高壽命、高可靠性，特別是齒圈表面淬火是對風電軸承工藝的最大挑戰(zhàn)。經(jīng)過工藝人員的努力，攻克了齒面淬火的難關(guān)，保證了風電軸承的順利下線。同，齒圈表面淬火的問題也隨之而來，主要問題是齒圈表面淬火的變形和裂紋。

1.齒圈表面淬火變形

1.1 齒圈表面淬火變形的原因分析

齒圈感應(yīng)加熱表面淬火過程中，因溫度和金相組織發(fā)生改變，會產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。齒輪在表面淬火后，其殘余應(yīng)力如圖 1。

齒圈淬火.png

圖1 齒輪表面淬火后的殘余應(yīng)力

由于齒圈內(nèi)徑受壓縮應(yīng)力的作用，導(dǎo)致表面淬火后內(nèi)徑收縮，引起齒圈變形，加之齒輪結(jié)構(gòu)的特殊性，淬火后的變形傾向也是多種多樣的。

1.2 齒圈表面淬火變形的危害

1.2.1 齒圈表面淬火變形造成齒圈橢圓超差，造成下工序無法加工；或造成加工中滾道硬度偏低。

1.2.2 齒圈表面淬火，可能會造成齒形、壓力角、齒厚和齒高等變形，最終影響齒輪的嚙合，導(dǎo)致產(chǎn)品無法使用。

1.3 齒圈表面淬火變形的防治

1.3.1 齒圈表面淬火前，對齒圈進行整體加溫并保溫3個小時，消除前期加工中的切削應(yīng)力，降低冷加工產(chǎn)生應(yīng)力對表面淬火的影響。

1.3.2 對已經(jīng)變形的齒圈采用加熱整形法，通過加熱在組織內(nèi)部產(chǎn)生新的熱應(yīng)力，與組織內(nèi)部的殘余應(yīng)力進行作用,使其重新分布,從而引起齒圈外形尺寸改變，達到整形的目的。

2 齒圖表面淬火裂紋

2.1 齒圈表面淬火裂紋的原因分析

2.1.1 齒面感應(yīng)淬火時，由于加熱不均，局部過熱造成硬化層深度不均，造成裂紋。

2.1.2 在齒面淬火冷卻過程中，齒根和齒頂處截面尺寸相差較大，造成各截面尺寸不同部分的冷卻速度不一致，致使各部分馬氏體轉(zhuǎn)變溫度不同，產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，造成裂紋。

2.2 齒圈表面淬火裂紋的常見形式及其防治

對齒圈表面淬火前，通過感應(yīng)器對齒面進行預(yù)熱，溫度260～300℃，速度為正常淬火速度的2—4倍，可有效地消除齒輪內(nèi)應(yīng)力，從而避免裂紋的產(chǎn)生。

齒圈淬火

圖2 為齒圈表面淬火裂紋的主要形式

圖a,b為包齒淬火時，齒頂溫度過高，冷卻過于激烈造成裂紋；可通過改進工藝參數(shù)，控制加熱溫度，采用緩和冷卻介質(zhì)，控制噴水時間，及時回火；

圖c為沿齒溝淬火時在出口處溫度偏高，冷卻速度加快造成裂紋；可通過改變感應(yīng)器行程和消除端面銳邊避免裂紋；

圖d為沿齒溝淬火時，感應(yīng)器溫度偏高，冷卻激烈造成裂紋；可通過改進感應(yīng)器精度和改進靠模裝置，使上溫均勻避免裂紋；

圖e為最常見裂紋情況，是沿齒溝連續(xù)淬火時齒頂處溫度偏高，冷卻過急造成裂紋；可通過縮小感應(yīng)器形狀，增大偶合間隙，打磨倒角消除裂紋；

圖f為沿齒溝淬火時溫度過高，冷卻過急造成齒面龜裂。

3 結(jié)論

通過對風電軸承投產(chǎn)以來產(chǎn)生的淬火裂紋和變形的總結(jié)和分析，積累了充分的操作經(jīng)驗，對公司風電軸承齒圈的淬火工作起到了極大的推動作用，保證了公司風電產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。