超音頻加熱爐對羅茨鼓風(fēng)機(jī)軸橫向斷裂的防治

技術(shù)支持/ Technical Support

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信息編輯：鄭州高氏發(fā)布時(shí)間：2016-08-01

    羅茨鼓風(fēng)機(jī)主軸采用45鋼制造，主軸直徑為φl10mm，經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后使用。鼓風(fēng)機(jī)主軸在工作中主要承受交變彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用，要求主軸具有高強(qiáng)度、韌性以及高的彎曲疲勞和扭轉(zhuǎn)疲勞抗力。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，某鼓風(fēng)機(jī)主軸運(yùn)行1個(gè)月后突發(fā)早期斷裂破壞失效。技術(shù)要求規(guī)定，該主軸使用壽命應(yīng)>10年，一次大修前整機(jī)（包括主軸）安全運(yùn)行應(yīng)≥15000h。
    從主軸斷口宏觀形貌可以看出，主軸斷口和軸向垂直，斷口平齊，斷口周邊破損不齊，斷口90%為光滑平面，主軸表面粗糙，氧化皮嚴(yán)重，呈脆性斷裂特征。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)_工件材料脆性夾雜物>3極，硫化物夾雜物≥3級．兩者之和>6級；軸表層組織為細(xì)回火托氏體+粒狀鐵素體斷續(xù)網(wǎng)狀形態(tài)；表面層塑性變形明顯，晶粒拉長呈纖維狀形貌，塑性變形使硬度升高，該區(qū)域顯微硬度為508.6HV(50HRC)；次層組織是鐵素體網(wǎng)狀或針狀分布于片狀珠光體上。由軸表層及扭傷部位組織形貌可以看出，主軸表層眾多顯微裂紋自表面向內(nèi)擴(kuò)展。觀察主軸斷面扭傷處發(fā)現(xiàn)，其組織塑性變形被拉長呈纖維狀，在該區(qū)域裂紋沿纖維方向延伸擴(kuò)展。
    分析認(rèn)為，主軸是在斷裂中橇受較大的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力作用而失效。其表現(xiàn)為：析口表層組織硬度較高，其組織塑性變形嚴(yán)重，在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力下晶粒被拉長呈纖維狀；塑變區(qū)出現(xiàn)許多微裂紋，裂紋源產(chǎn)生于應(yīng)力作用高的表面部位，并由表面向內(nèi)擴(kuò)展；斷口平整區(qū)域約占90%，呈一次性瞬時(shí)斷裂形貌特征。從金相組織分析，主軸表面是不完全淬火組織，出現(xiàn)游離鐵素體，其表層疲勞強(qiáng)度較低。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主軸表面出現(xiàn)加工粗糙刀痕、氧化皮及夾雜物等，存在應(yīng)力集中，使主軸表面疲勞強(qiáng)度下降，存在裂紋隱患。當(dāng)工件承受過大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)，裂紋在該表面危險(xiǎn)區(qū)域萌生并擴(kuò)展。工件中非金屬夾雜物總和>5.5級，該區(qū)域塑性韌性差，脆性大，造成工件裂紋區(qū)域低強(qiáng)度高脆性狀態(tài)。在工件過載應(yīng)力過大時(shí)，產(chǎn)生一次性瞬時(shí)脆性斷裂。
    綜上分析，提出防止風(fēng)機(jī)軸斷裂的措施如下：
   （1)45鋼強(qiáng)度不足，工件存在組織缺陷、氧化皮夾雜及微裂紋，在很高扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力下產(chǎn)生脆斷，故宜選用高強(qiáng)韌性合金鋼代替45鋼制作主軸，用超音頻加熱爐淬火。如改用42CrMo鋼或40CrMnMo鋼，提高鋼的整體強(qiáng)韌性和淬透性。
    (2)45鋼主軸斷裂與組織缺陷及表面強(qiáng)度低密切相關(guān)。若仍用45鋼，則必須一方面保證工件材料組織優(yōu)良，夾雜物之和<5.5級或更低，不出現(xiàn)氧化皮、痕缺陷及微裂紋隱患；另一方面改進(jìn)熱處理工藝，采用超音頻加熱爐深層滲碳+回火處理，堤高工件表層強(qiáng)度，心部韌性仍較高，使工件整體強(qiáng)韌性較高。這也是一條防止風(fēng)機(jī)軸斷裂的有效措施。

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