17CrNiMo6鋼高速軸裂紋斷軸分析及防止措施

摘要：針對17CrNiMo6鋼高速軸出現(xiàn)裂紋斷軸問題，分析了產(chǎn)生裂紋斷軸的原因，并提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：17CrNiMo6鋼；高速軸；裂紋斷軸；分析；防止措施

一、前言

2014年2月18日，恒晉煤業(yè)采煤事業(yè)部安裝的SSJ-1000型皮帶機(jī)，其配套減速機(jī)是英國波頓（BOTON）生產(chǎn)的，高速軸材質(zhì)為17CrNiMo6鋼，在使用過程中發(fā)生裂紋斷軸事故。隨后我礦組織相關(guān)科室人員，會同減速機(jī)廠方技術(shù)人員對此次事故進(jìn)行了全面細(xì)致的分析。

二、對軸裂紋產(chǎn)生的原因分析

1、從加工角度分析

1.1 溫度的影響

由于碳在鐵素體中的溶解度較小（最高約為0.025%），而在奧氏體狀態(tài)下，滲碳溫度越高，碳在其中的擴(kuò)散系數(shù)越大，既滲碳速度越大。但溫度不宜過高，否則滲碳設(shè)備使用壽命顯著下降或損壞，而且溫度過高時間過長會造成滲層組織粗大，碳化物級別超差等缺陷。通常生產(chǎn)實(shí)際中采用900℃、930℃滲碳。

1.2 碳濃度的影響

緩冷裂紋與滲碳時的碳勢有關(guān)。在滲碳初期，由于工件表面窮碳，接受活性碳原子的能力很強(qiáng)，滲碳速度較快，此時爐內(nèi)碳勢較低，需要向爐內(nèi)通過大量的滲劑，以維持爐內(nèi)的碳勢，具體還與裝爐量有關(guān)，此時如果不能及時補(bǔ)充滲劑，可能造成滲碳時間過長，碳濃度分布曲線下凹等缺陷，但也不能過強(qiáng)，否則可能出現(xiàn)大量網(wǎng)狀碳化物而無法消除。當(dāng)工件表面含碳量不斷升高，碳勢不斷建立的情況下，應(yīng)逐步減少滲劑的加入，滲碳進(jìn)入擴(kuò)散階段，如果此時仍保持大劑量的滲劑，就要形成表面網(wǎng)狀碳化物，使?jié)B層的強(qiáng)度下降，脆性增加，尤其是抗拉強(qiáng)度的下降，對防止出現(xiàn)緩冷裂紋相當(dāng)不利。

1.3 滲碳時間的影響

當(dāng)滲碳溫度、碳勢確定以后，滲碳時間主要取決于有效硬化層深度，滲碳時間越長，硬化層越深，反之越淺。對于17NiCrMo6鋼硬化層在10-15μm的工件，如果擴(kuò)散期控制不好，時間過短，有可能造成滲層碳濃度分布曲線過陡，在以后的緩冷過程中，形成緩冷裂紋。

1.4 緩冷速度的影響

緩冷一般是在冷卻井中進(jìn)行的，其冷卻速度應(yīng)比空冷更加緩慢，以便盡可能得到較平衡的組織。如果由于某種原因，使緩冷速度相當(dāng)于空冷速度，結(jié)果就要出現(xiàn)緩冷裂紋。分析結(jié)果也表明，當(dāng)滲碳層表面的含碳量達(dá)到共析成分以上時，滲層的淬透性不完全相同，在特定的緩冷速度下，發(fā)生不均勻相變，中間層的馬氏體比容較大，使表面受拉應(yīng)力，由于表層有惡化，承受不了大的拉力而開裂。

2、從安裝與使用的角度原因分析

2.1 安裝誤差的影響

把斷軸更換后，通過現(xiàn)場操平、找正，原來與規(guī)定要求的偏差：見下表1。分別比規(guī)定的多：0.2—1.2mm；0mm；1°—2°。由于嚴(yán)重不同心及角度位移存在，使得軸長期在不良的狀態(tài)中運(yùn)行，加之軸上還有一制動輪，由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使得應(yīng)力集中到一點(diǎn)，時間長了就發(fā)生裂紋斷軸事故。

2.2 檢查、操作不當(dāng)?shù)挠绊?/p>

該部皮帶機(jī)是雙電機(jī)驅(qū)動，且安裝有電液推桿制動閘，若兩制動閘不同步，或者有一個制動閘不運(yùn)行或運(yùn)行不正常時，當(dāng)皮帶機(jī)啟動時，一個制動閘打開，而另一個還沒有打開或打不開，那么打開的那個高速軸就會很容易產(chǎn)生扭軸裂紋，發(fā)生斷軸事故。

三、防止措施

3.1防止緩冷裂紋措施

通過上述分析可知，產(chǎn)生緩冷裂紋的條件一是滲層中存在著大量的塊狀及網(wǎng)狀碳化物，使之性能惡化；二是滲層中發(fā)生不均勻相變。預(yù)防措施是：首先要避免滲層中產(chǎn)生大量網(wǎng)狀碳化物。對于17CrNiMo6這種含Cr、Mo強(qiáng)碳化物形成元素的鋼，滲碳時碳勢不能過高，尤其是到了擴(kuò)散期，一定要把碳勢降到0.9%C左右，并保持一定的時間，防止產(chǎn)生碳化物。

另外，要避免中間層產(chǎn)生馬氏體。緩冷效果比較好時，一般組織比較平衡，沒有不均勻相變，但由于冷卻井內(nèi)比較潮濕，水分較大，使冷卻速度提高而產(chǎn)生裂紋。如果冬天環(huán)境溫度比較低，工件裝爐量少，雖然是在冷卻井中，冷卻速度仍很快，也容易產(chǎn)生緩冷裂紋。

3.2防止安裝及操作措施

3.2.1安裝時嚴(yán)格按照安裝要求進(jìn)行操平找正工作，使誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.2.2調(diào)整好兩個制動閘使之同步運(yùn)行。

結(jié)束語：綜上所述，要消除軸的缺陷，就必須針對這幾種現(xiàn)象采取相應(yīng)的措施，從而保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

魏尚廷（1975～），安徽泗縣人，機(jī)電專業(yè)工程師，1994年畢業(yè)于安徽省煤炭工業(yè)學(xué)校，現(xiàn)于恒晉煤業(yè)技術(shù)部負(fù)責(zé)機(jī)電技術(shù)設(shè)計(jì)及管理工作。