风电传动关键部件缺陷分析及对策

论文摘要

本论文以开裂失效的风力发电三种关键传动部件(大齿圈、太阳轮、输出齿轮轴)为研究对象,利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OPM)观察分析了失效部件的宏观及微观组织特征；利用发射光谱仪(OES)及X射线能谱仪(EDX)分析测定失效部件的基体化学成分和微区化学成分；利用X射线衍射仪(XRD)对失效部件的相组成进行了分析测定；通过对失效部件断口的宏观及SEM观察研究确定三种部件的失效机制。综合分析研究观察结果,并结合现场热处理工艺实验最终确定了三种关键部件的失效原因,在此基础上提出针对热处理工艺及操作的改进措施及对策,从而有效的防止关键部件开裂失效。论文的主要结论如下：1.在中频淬火过程中,淬透性中等的40Cr等合金钢对于新型的有机高分子聚合物基水溶性淬火剂F2000的使用温度范围要求极为敏感,超出温度范围使用易造成淬火裂纹；采取淬火工艺过程中严格控制淬火剂温度、定期测控剂浓度可避免此类开裂。2.原材料存有的铝酸钙型冶金夹杂物是引起渗碳齿轮开裂的一个重要因素。从分析结果看,裂纹源均位于有效渗碳硬化层与基体交界处,裂纹源均呈点状或短线状且裂纹源区存有铝酸钙型冶金夹杂物。在原材料质量不能改变的前提下,采用新的特殊渗碳后处理工艺,从而减小次表层拉应力,避免工件开裂。3.渗碳齿轮在二次淬火中如果保温时间不足,会导致该批齿轮轴渗层表面及心部硬度偏低,进而引起渗碳齿轮件的报废。通过改进工艺、优化工艺参数,可避免此类缺陷的产生。4.通过对三种典型风电传动部件失效分析以及现场热处理工艺试验,明确导致传动部件发生开裂失效主要原因：原材料缺陷、热处理缺陷(包括工艺及操作等方面),为改进措施的提出提供了理论依据。改进措施的实施,解决了传动部件在制造过程中的质量问题,提高了风电传动部件生产工艺水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 风力发电简介
• 1.1.2 国外研究概况
• 1.1.3 国内研究概况
• 1.1.4 风力发电的关键传动部件
• 1.1.5 风力发电传动部件热处理缺陷
• 1.2 热处理裂纹基础理论
• 1.2.1 中频淬火开裂基础理论
• 1.2.2 渗碳淬火残余应力的产生与淬火开裂
• 1.3 本论文主要工作概述
• 1.3.1 论文研究背景及特点
• 1.3.2 论文研究路线
• 第2章 试验材料及测试方法
• 2.1 样品选择与制备
• 2.2 分析及测试方法
• 第3章 大齿圈开裂分析
• 3.1 开裂部件简介
• 3.2 检测分析结果
• 3.2.1 宏观断口观察
• 3.2.2 微观断口观察
• 3.2.3 金相组织观察
• 3.2.4 微区成分测定
• 3.3 断裂原因分析及小结
• 3.3.1 断裂原因分析
• 3.3.2 小结
• 3.4 中频淬火件大齿圈淬火开裂的工艺对策
• 第4章 太阳轮开裂分析
• 4.1 开裂部件情况简介
• 4.2 检测分析结果
• 4.2.1 宏观形貌观察
• 4.2.2 微观断口观察
• 4.2.3 化学成分测定
• 4.2.4 断口氧化层晶体结构测定
• 4.2.5 金相组织观察
• 4.2.6 硬度及齿廓硬化表层硬度梯度测定
• 4.3 开裂失效原因分析
• 4.3.1 裂纹形成工序
• 4.3.2 裂纹形成原因
• 4.4 小结
• 4.5 太阳轮渗碳开裂预防对策
• 第5章 输出齿轮轴齿面硬度不足原因分析
• 5.1 问题的提出
• 5.2 分析过程
• 5.2.1 切取齿部分析试块
• 5.2.2 调查失效工件原始有关资料
• 5.2.3 工件解剖试片的金相分析
• 5.2.4 工件材质化学成分分析
• 5.2.5 进一步工艺试验
• 5.2.6 工艺试验结果金相和硬度性能检验与分析
• 5.2.7 对此批零件质量检查的评估
• 5.2.8 工艺试验的进一步分析
• 5.3 小结
• 5.4 输出齿轮轴渗碳淬火硬度不足预防对策
• 结论
• 参考文献
• 致谢