齿圈淬火裂纹和变形的防治

风能轴承的最大的特点是高寿命、高可靠性，特别是齿圈表面淬火是对风电轴承工艺的最大挑战。经过工艺人员的努力，攻克了齿面淬火的难关，保证了风电轴承的顺利下线。同，齿圈表面淬火的问题也随之而来，主要问题是齿圈表面淬火的变形和裂纹。

1.齿圈表面淬火变形

1.1 齿圈表面淬火变形的原因分析

齿圈感应加热表面淬火过程中，因温度和金相组织发生改变，会产生热应力和组织应力。齿轮在表面淬火后，其残余应力如图 1。

齿圈淬火.png

图1 齿轮表面淬火后的残余应力

由于齿圈内径受压缩应力的作用，导致表面淬火后内径收缩，引起齿圈变形，加之齿轮结构的特殊性，淬火后的变形倾向也是多种多样的。

1.2 齿圈表面淬火变形的危害

1.2.1 齿圈表面淬火变形造成齿圈椭圆超差，造成下工序无法加工；或造成加工中滚道硬度偏低。

1.2.2 齿圈表面淬火，可能会造成齿形、压力角、齿厚和齿高等变形，最终影响齿轮的啮合，导致产品无法使用。

1.3 齿圈表面淬火变形的防治

1.3.1 齿圈表面淬火前，对齿圈进行整体加温并保温3个小时，消除前期加工中的切削应力，降低冷加工产生应力对表面淬火的影响。

1.3.2 对已经变形的齿圈采用加热整形法，通过加热在组织内部产生新的热应力，与组织内部的残余应力进行作用,使其重新分布,从而引起齿圈外形尺寸改变，达到整形的目的。

2 齿图表面淬火裂纹

2.1 齿圈表面淬火裂纹的原因分析

2.1.1 齿面感应淬火时，由于加热不均，局部过热造成硬化层深度不均，造成裂纹。

2.1.2 在齿面淬火冷却过程中，齿根和齿顶处截面尺寸相差较大，造成各截面尺寸不同部分的冷却速度不一致，致使各部分马氏体转变温度不同，产生很大热应力，造成裂纹。

2.2 齿圈表面淬火裂纹的常见形式及其防治

对齿圈表面淬火前，通过感应器对齿面进行预热，温度260～300℃，速度为正常淬火速度的2—4倍，可有效地消除齿轮内应力，从而避免裂纹的产生。

齿圈淬火

图2 为齿圈表面淬火裂纹的主要形式

图a,b为包齿淬火时，齿顶温度过高，冷却过于激烈造成裂纹；可通过改进工艺参数，控制加热温度，采用缓和冷却介质，控制喷水时间，及时回火；

图c为沿齿沟淬火时在出口处温度偏高，冷却速度加快造成裂纹；可通过改变感应器行程和消除端面锐边避免裂纹；

图d为沿齿沟淬火时，感应器温度偏高，冷却激烈造成裂纹；可通过改进感应器精度和改进靠模装置，使上温均匀避免裂纹；

图e为最常见裂纹情况，是沿齿沟连续淬火时齿顶处温度偏高，冷却过急造成裂纹；可通过缩小感应器形状，增大偶合间隙，打磨倒角消除裂纹；

图f为沿齿沟淬火时温度过高，冷却过急造成齿面龟裂。

3 结论

通过对风电轴承投产以来产生的淬火裂纹和变形的总结和分析，积累了充分的操作经验，对公司风电轴承齿圈的淬火工作起到了极大的推动作用，保证了公司风电产品的质量和产量。