17CrNiMo6鋼高速軸裂紋斷軸分析及防止措施

摘要：針對17CrNiMo6鋼高速軸出現裂紋斷軸問題，分析了產生裂紋斷軸的原因，并提出了預防措施。

關鍵詞：17CrNiMo6鋼；高速軸；裂紋斷軸；分析；防止措施

一、前言

2014年2月18日，恒晉煤業采煤事業部安裝的SSJ-1000型皮帶機，其配套減速機是英國波頓（BOTON）生產的，高速軸材質為17CrNiMo6鋼，在使用過程中發生裂紋斷軸事故。隨后我礦組織相關科室人員，會同減速機廠方技術人員對此次事故進行了全面細致的分析。

二、對軸裂紋產生的原因分析

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%），而在奧氏體狀態下，滲碳溫度越高，碳在其中的擴散系數越大，既滲碳速度越大。但溫度不宜過高，否則滲碳設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。通常生產實際中采用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。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，滲碳速度較快，此時爐內碳勢較低，需要向爐內通過大量的滲劑，以維持爐內的碳勢，具體還與裝爐量有關，此時如果不能及時補充滲劑，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，否則可能出現大量網狀碳化物而無法消除。當工件表面含碳量不斷升高，碳勢不斷建立的情況下，應逐步減少滲劑的加入，滲碳進入擴散階段，如果此時仍保持大劑量的滲劑，就要形成表面網狀碳化物，使滲層的強度下降，脆性增加，尤其是抗拉強度的下降，對防止出現緩冷裂紋相當不利。

1.3 滲碳時間的影響

當滲碳溫度、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行的，其冷卻速度應比空冷更加緩慢，以便盡可能得到較平衡的組織。如果由于某種原因，使緩冷速度相當于空冷速度，結果就要出現緩冷裂紋。分析結果也表明，當滲碳層表面的含碳量達到共析成分以上時，滲層的淬透性不完全相同，在特定的緩冷速度下，發生不均勻相變，中間層的馬氏體比容較大，使表面受拉應力，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，通過現場操平、找正，原來與規定要求的偏差：見下表1。分別比規定的多：0.2—1.2mm；0mm；1°—2°。由于嚴重不同心及角度位移存在，使得軸長期在不良的狀態中運行，加之軸上還有一制動輪，由于高速旋轉產生離心力，使得應力集中到一點，時間長了就發生裂紋斷軸事故。

2.2 檢查、操作不當的影響

該部皮帶機是雙電機驅動，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行或運行不正常時，當皮帶機啟動時，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生扭軸裂紋，發生斷軸事故。

三、防止措施

3.1防止緩冷裂紋措施

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

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

3.2防止安裝及操作措施

3.2.1安裝時嚴格按照安裝要求進行操平找正工作，使誤差在規定的范圍內。

3.2.2調整好兩個制動閘使之同步運行。

結束語：綜上所述，要消除軸的缺陷，就必須針對這幾種現象采取相應的措施，從而保證設備的正常運轉。

魏尚廷（1975～），安徽泗縣人，機電專業工程師，1994年畢業于安徽省煤炭工業學校，現于恒晉煤業技術部負責機電技術設計及管理工作。