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求助:风电齿轮箱内齿圈开裂

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发表于 2014-1-28 00:10:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
我公司新近开展风电齿轮箱运维业务,需要对损坏的零部件及整箱失效原因进行分析。
破损情况:内齿圈开裂,开裂处有断齿,空心驱动壳开裂,开裂面与内齿圈裂口相连。
配合情况如图

配合关系

配合关系

内齿圈开裂

内齿圈开裂

内齿圈开裂

检查断齿侧渗碳淬火表面情况发现

轮齿端面脱碳+抛丸过度

轮齿端面脱碳+抛丸过度

晶粒度粗大

1.5级晶粒度

1.5级晶粒度


请教各位前辈关于断裂分析的原因

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发表于 2014-1-28 09:28:43 | 显示全部楼层
金相图片能否再传几张,表面有脱碳层?
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发表于 2014-1-28 09:40:16 | 显示全部楼层
在齿轮强化的方法中,感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺。考虑到生产实际,在风电增速齿轮箱内齿圈的批量生产中,采用渗氮或感应淬火工艺可以获得比较高的生产效率及较低的生产成本。具体采用何种工艺主要由客户要求、自身工艺控制水平及生产效率成本等因素而定。根据150 6336标准,对于模数大于16的齿轮件就不再推荐使用渗氮工艺来提高表面硬度,故对模数大于16的内齿圈推荐采用感应淬火工艺进行加工。1.感应淬火工艺风电增速齿轮箱内齿圈一般采用逐齿/隔齿沿齿沟扫描技术进行感应淬火。感应器采用仿形法设计制造,其中一种可行的方案大体结构如图1所示。计要求的零件。切割齿圈制样,腐蚀后热形显示如图2所示。图1内齿圈感应淬火用感应器结构示意采用设计制造合理的感应器,配合精确的工艺参数控制,可以生产质量优良、稳定的感应淬火齿圈。目前,内齿圈感应淬火技术已成熟,可加工出沿齿槽层深均匀,组织细密,深度满足设2感应淬火内齿圈齿槽截面热形图为..
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 楼主| 发表于 2014-1-28 09:48:37 | 显示全部楼层
吉祥如意 发表于 2014-1-28 09:28
金相图片能否再传几张,表面有脱碳层?

完整脱碳层

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发表于 2014-1-28 09:50:41 | 显示全部楼层
图1是缺陷部位的何处,是齿根?
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 楼主| 发表于 2014-1-28 09:52:02 | 显示全部楼层
吉祥如意 发表于 2014-1-28 09:50
图1是缺陷部位的何处,是齿根?

齿根已经磨削,这个是齿端面
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发表于 2014-1-28 09:54:59 | 显示全部楼层
有没有齿轮断面的放大照片啊
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发表于 2014-1-28 10:03:20 | 显示全部楼层
5billion 发表于 2014-1-28 09:52
齿根已经磨削,这个是齿端面

1.空心驱动壳开裂,开裂面与内齿圈裂口相连。
2.晶粒粗大部位?
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 楼主| 发表于 2014-1-28 10:14:24 | 显示全部楼层
Julia 发表于 2014-1-28 09:54
有没有齿轮断面的放大照片啊

端面处1

裂纹左侧

裂纹左侧

端面处2

裂纹右侧

裂纹右侧
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 楼主| 发表于 2014-1-28 10:23:56 | 显示全部楼层
吉祥如意 发表于 2014-1-28 10:03
1.空心驱动壳开裂,开裂面与内齿圈裂口相连。
2.晶粒粗大部位?


IMG_3395.JPG 左面有脱碳、晶粒粗大、过度抛丸。齿面距表面0.2mm左右晶粒粗大
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发表于 2014-1-28 10:31:48 | 显示全部楼层
5billion 发表于 2014-1-28 10:23
左面有脱碳、晶粒粗大、过度抛丸。齿面距表面0.2mm左右晶粒粗大

水平方向是裂隙?
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发表于 2014-1-28 10:38:07 | 显示全部楼层
一般要先看断面的样子,找到破裂起始点,然后根据破裂方式取几个特征点进行相应取样分析,包括齿轮使用的材料,热处理工艺,还有热处理参数,结合金相进行推断。之后可以通过再次做产品印证自己的推断。  楼主给的图片信息量太少,也缺少热处理的前因后果,很难凭借几张金相图片切中要害。
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 楼主| 发表于 2014-1-28 10:41:24 | 显示全部楼层

齿顶下的吗?那是齿面损伤中的“胶合”导致的材料损失,齿轮有偏载
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发表于 2014-1-28 10:42:16 | 显示全部楼层
Julia 发表于 2014-1-28 10:38
一般要先看断面的样子,找到破裂起始点,然后根据破裂方式取几个特征点进行相应取样分析,包括齿轮使用的材 ...

有要求可以向楼主直接提出来。
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 楼主| 发表于 2014-1-28 10:51:58 | 显示全部楼层
Julia 发表于 2014-1-28 10:38
一般要先看断面的样子,找到破裂起始点,然后根据破裂方式取几个特征点进行相应取样分析,包括齿轮使用的材 ...

服役条件已在简图中说明,裂纹走向已上传,裂纹源已上传,代表裂纹源接受检验的金相组织已上传,唯一没说的是材料是18CrNiMo7-6,渗碳淬火
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 楼主| 发表于 2014-1-28 17:04:36 | 显示全部楼层

裂纹整体

裂纹整体

1号

1号

1号对面

1号对面

2号

2号
QQ图片20140128165156.jpg QQ图片20140128165211.jpg QQ图片20140128165219.jpg
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 楼主| 发表于 2014-1-28 17:25:48 | 显示全部楼层
IMG_3386.JPG IMG_3389.JPG
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发表于 2014-1-29 08:20:25 | 显示全部楼层
这么厚的壁裂开,是渗碳淬火造成的吗?还需要进一步分析
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 楼主| 发表于 2014-1-29 10:15:06 | 显示全部楼层
Adam 发表于 2014-1-29 08:20
这么厚的壁裂开,是渗碳淬火造成的吗?还需要进一步分析

有网友说是多源疲劳,明年取样做SEM去
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 楼主| 发表于 2014-1-29 10:16:20 | 显示全部楼层
可能跟防渗不良也有关系
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发表于 2014-1-29 12:16:18 | 显示全部楼层
龟山淬火 发表于 2014-1-28 09:40
在齿轮强化的方法中,感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺。考虑到生产实际,在风电增速齿轮箱 ...

看来龟山是高频淬火的专家,
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发表于 2014-1-29 12:16:58 | 显示全部楼层
楼主,你需要给多传几张,因为从你现在传的情况,具体的无法分析,
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发表于 2014-1-29 13:09:08 | 显示全部楼层
50亿先生,这个断口分析还是没做好,试下不同角度的光线照射,看看花纹指向哪里呢,你提供的照片看不清。
去看几个leomet大师的分析照片吧,肯定会对你有帮助。
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 楼主| 发表于 2014-1-29 19:09:12 | 显示全部楼层
aaron01 发表于 2014-1-29 13:09
50亿先生,这个断口分析还是没做好,试下不同角度的光线照射,看看花纹指向哪里呢,你提供的照片看不清。
...

好的  正在学习相关知识 明年重做
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发表于 2014-1-30 11:51:17 | 显示全部楼层
5billion 发表于 2014-1-28 09:52
齿根已经磨削,这个是齿端面

我觉得齿根不应该磨削的,而齿端面应该渗碳淬火后磨削加工。
现在站在什么地方不重要,重要的是你往什么方向移动。
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发表于 2014-1-30 12:53:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 LeoMet 于 2014-2-8 21:48 编辑
5billion 发表于 2014-1-29 19:09
好的  正在学习相关知识 明年重做

兩個破斷面要取下, 好好照相, 不是隨便照個相就能分析.

光源儘量與破斷面近乎平行 (<15度日光 ), 特徵才會有陰影. 頂光是照不到好照片的.
這麼大的工件, 破斷面只能用普通相機 + 善用光源位置.  電鏡幫不上忙.







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发表于 2014-2-2 23:51:51 | 显示全部楼层
龟山淬火 发表于 2014-1-28 09:40
在齿轮强化的方法中,感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺。考虑到生产实际,在风电增速齿轮箱 ...

以前见过,貌似是48齿的内齿圈都是氮化处理的.....
对付居然也收货,这是个什么情况?
还有就是,我在插齿的过程中,发现每进一刀过后,齿面都显现出粗糙,不光滑的样子,
这是什么原因?
那个工件工艺为 锻造 →粗车→调质→插齿→氮化
啊啊
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发表于 2014-2-3 21:26:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 见仁见智 于 2014-2-4 06:36 编辑

说点看法
      产品的失效原因分析,如同公安部门立案、破案一样,乃同工异曲。作为一名失效分析工作者,需要有比较扎实的基础知识和广泛的相关知识、认真负责的态度和实事求是的精神。成熟于经验和素养!往往还需要团队合作才能弄清楚其真实原因。  
    古时的皇帝,做错了事,尚怕 ‘史官书之’ ,现代有些企业主,产品出了问题,出于利益考虑,为给个说法而分析、为有个交代而分析,这种背景下,讳言难免。作为一名失效分析工作者,随时注意到,分析问题要忠实于客观,是一次提高自己的机会,先入为主是要不得的啊!不是真正原因的结论,无论报告的文字多漂亮论述多精彩,是错案,问题还将再次发生。
   像楼主列出的失效形式,属于严重过载导致的失效,为什么会过载?这是第一要弄清楚的。
   过载失效有几种情况:
   1,运行期间组件本身发生了意外的超设计的载荷;
   2,运行期间与之相连带的别的零件或组件发生了意外的超设计的载荷,也就是另一零件损坏导致这个零件的损坏,故先要弄清楚损坏的先后次序,谁是‘原凶’;之二,出现过载,为了保护更重要的零件或组件不被损坏,而使弱者先行损坏—— ‘替罪羊’ 式的设计;
   3,零件本身没有到达设计要求的机械性能承载能力不够而显出的相对 ‘过载’。
   如果是第12种情况,直接对该损坏零件进行失效分析没有什么实际意义。因为对任何零件拿来进行宏观和微观评估,都可以找出它的 ‘不是’ 之处,何况已经损坏,但它不是真正的因素。这等于拿 ‘缺点’ 当成 ‘犯罪’ ,是冤案!
   只有第三种情况,开展过早失效分析才有实际意义。上述例子如果属于第三种情况。仅从材料成分、金相组织——热处理质量方面评估往往是不够的。这种情况下,还有一个容易被忽略的问题:锻造,锻造后的流线状态。可以看到裂纹是比较干脆的纵向开裂。近代生产的民品中,对锻造意义的认识已经越来越肤浅,似乎只剩下 ‘节省材料’ 一项功能了,至于流线分布方向与强度异向性相关联的问题,大都管不了那些咯,因为要求合理的流线形态往往会大幅度增加锻造成本。所以,具体分析时还要想到是否存在这个问题?
   纸上谈兵,仅作为思想交流而已

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发表于 2014-2-5 09:36:47 | 显示全部楼层
金相我看不懂,但你这个件开裂是必然的,执行的工艺就有问题。
初步判断是疲劳开裂,其它设备上的这个零件都会陆续开裂的。
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发表于 2014-2-7 12:14:54 | 显示全部楼层
小袁 发表于 2014-2-2 23:51
以前见过,貌似是48齿的内齿圈都是氮化处理的.....
对付居然也收货,这是个什么情况?
还有就是,我在插 ...

我觉得那个工件的工艺应该调整为? 1.锻造 →粗车→调质→插齿→稳定→氮化(小模数)
                                 2.锻造 →粗车→粗滚齿→调质→精滚齿→稳定→→磨齿                                  →  氮化(大模数)
这样的工艺路线比较好点
现在站在什么地方不重要,重要的是你往什么方向移动。
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5billion 发表于 2014-1-28 09:48
完整脱碳层
过渡区

渗碳淬火加工和磨齿加工完成后的成品齿轮的齿面上还能看到脱碳层???
现在站在什么地方不重要,重要的是你往什么方向移动。
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发表于 2014-2-7 13:37:02 | 显示全部楼层
5billion 发表于 2014-1-28 10:23
左面有脱碳、晶粒粗大、过度抛丸。齿面距表面0.2mm左右晶粒粗大

弱弱的问一下:过度抛丸是怎么判断出来的?或者说依据什么标准判断的?
现在站在什么地方不重要,重要的是你往什么方向移动。
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发表于 2014-2-7 13:54:30 | 显示全部楼层
见仁见智 发表于 2014-2-3 21:26
说点看法      产品的失效原因分析,如同公安部门立案、破案一样,乃同工异曲。作为一名失效分析工作者,需 ...

{:soso_e181:}这位老师说的很对~!
打开了我的思路~!
啊啊
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 楼主| 发表于 2014-2-17 22:39:18 | 显示全部楼层
打开另一条裂纹发现已经裂的不成样子,乱七八糟的
断口两侧.jpg
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 楼主| 发表于 2014-2-17 23:18:22 | 显示全部楼层
cnszgong 发表于 2014-2-7 13:22
渗碳淬火加工和磨齿加工完成后的成品齿轮的齿面上还能看到脱碳层??? ...

脱碳层在抛丸面上,磨齿后没有。过度抛丸就是出现尖角、折叠,国内没找着标准,国外应该有
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发表于 2014-2-18 11:31:38 | 显示全部楼层
5billion 发表于 2014-2-17 23:18
脱碳层在抛丸面上,磨齿后没有。过度抛丸就是出现尖角、折叠,国内没找着标准,国外应该有 ...


“脱碳层在抛丸面上,磨齿后没有”----》那么说来,你们采用的是多次奥氏体化加热咯,估计是渗碳后空冷+高温回火、接着加热后淬火的。
如果采用多次加热的工艺对零件的变形和脱碳层深度是否有影响呢?
现在站在什么地方不重要,重要的是你往什么方向移动。
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 楼主| 发表于 2014-2-19 23:51:09 | 显示全部楼层
cnszgong 发表于 2014-2-18 11:31
“脱碳层在抛丸面上,磨齿后没有”----》那么说来,你们采用的是多次奥氏体化加热咯,估计是渗碳后空冷+ ...

无脱碳,无变形
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发表于 2014-2-20 00:33:49 | 显示全部楼层
才看到.有些分析的真好.
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发表于 2014-2-21 08:45:04 | 显示全部楼层
5billion 发表于 2014-2-17 22:39
打开另一条裂纹发现已经裂的不成样子,乱七八糟的

你覺得起裂是自內往外 or 自外往內?
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发表于 2014-2-21 13:52:44 | 显示全部楼层
        齿圈什么材料?氮化的?渗碳淬火的?

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18crnimo7-6  发表于 2014-3-25 11:31
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发表于 2014-2-21 13:53:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 孤鸿踏雪 于 2014-2-21 16:48 编辑

         第二幅金相图片酷似多次氮化形成的白亮层夹层(层状)
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 楼主| 发表于 2014-2-21 21:18:01 | 显示全部楼层
LeoMet 发表于 2014-2-21 08:45
你覺得起裂是自內往外 or 自外往內?

我觉得是自外往内裂,因为打开裂纹使用的方法为“拉断”,如图,先在内齿下部横向切断齿顶已连接两侧裂纹,用铰链拉开并不费力。
但是把A处切下后,没发现什么缺陷,只是近断口处硬度(428HV1)略高于远断口处(371HV1),为沿晶断裂
C处有一小块即将脱落,取下后发现表面有严重的过度抛丸痕迹,断面有些奇怪,似乎已被破坏 2-20-8 (2).jpg 2-20-1 (2).jpg
平安是幸,知足是福,清心是禄,寡欲是寿。
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 楼主| 发表于 2014-2-21 21:23:21 | 显示全部楼层

打开第二条裂纹

打开第二条裂纹

A处断口切下

A处断口切下

A处断口靠近外表面

A处断口靠近外表面

500X

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发表于 2014-2-22 04:42:46 | 显示全部楼层
裂源要仔細觀察(macro, SEM)留下記錄後, 才可做破壞性檢驗(金相).
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 楼主| 发表于 2014-2-22 10:56:55 | 显示全部楼层
LeoMet 发表于 2014-2-22 04:42
裂源要仔細觀察(macro, SEM)留下記錄後, 才可做破壞性檢驗(金相).

感谢吴老师指导    我公司没电镜,也没能谱,打算委外做,用钱需要领导批准,领导不在家。我比较好奇,忍不住,就动手了。我找的裂纹源位置对吗?这个产品还有一个完整裂纹两侧和这个裂纹的另一半,应该不会影响正常分析吧?
平安是幸,知足是福,清心是禄,寡欲是寿。
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发表于 2014-2-22 17:04:56 | 显示全部楼层
cnszgong 发表于 2014-2-7 12:14
我觉得那个工件的工艺应该调整为? 1.锻造 →粗车→调质→插齿→稳定→氮化(小模数)
                  ...

请问下老师,稳定是什么工艺呢?去应力退火吗?还是时效处理?
永不言败,是成功者的最佳品格。
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发表于 2014-2-22 17:06:19 | 显示全部楼层

无变形?能请教下你们具体的热处理工艺方法吗?
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 楼主| 发表于 2014-2-22 19:58:37 | 显示全部楼层
fjg 发表于 2014-2-22 17:06
无变形?能请教下你们具体的热处理工艺方法吗?

夸张了点,就是变形很小的意思,用淬火模具,模具比产品贵多了……
平安是幸,知足是福,清心是禄,寡欲是寿。
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发表于 2014-2-22 20:49:37 | 显示全部楼层
5billion 发表于 2014-2-22 19:58
夸张了点,就是变形很小的意思,用淬火模具,模具比产品贵多了……

我是说,这种产品我司经常干,还没有干出来无变形的!
永不言败,是成功者的最佳品格。
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发表于 2014-2-23 06:35:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 LeoMet 于 2014-2-28 21:18 编辑
5billion 发表于 2014-2-22 10:56
感谢吴老师指导    我公司没电镜,也没能谱,打算委外做,用钱需要领导批准,领导不在家。我比较好奇,忍 ...

客戶請我做破損分析的, 我也都是付費使用大學裡的SEM.齒部與起裂無關, 把重點放在探討為何從外部這幾個位置起裂.

你那些4000x3000的照片(1張照片就~2.50Mb, 太大了!), 把它們改為640x480, 可節省大家閱讀時間.
那幾張黑鴉鴉的照片 無法表現出什麼.

起裂奌

起裂奌
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