金相復(fù)膜法在風(fēng)電變槳軸承檢驗(yàn)中的應(yīng)用

龐健華，陸林波，高學(xué)海,2

(1.上海歐際柯特回轉(zhuǎn)支承有限公司，上海 201906；2.上海泛一工程技術(shù)有限公司，上海 201907)

風(fēng)能是一種資源豐富、可再生的綠色能源，隨著世界各國對(duì)新能源開發(fā)與利用的重視，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)已成為節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的重要策略之一[1]。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶動(dòng)了風(fēng)電軸承的發(fā)展，變槳軸承作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，通常要求其使用壽命在20年以上，因此對(duì)其可靠性和壽命提出了更高的要求。

變槳軸承內(nèi)圈連接輪轂，外圈連接葉片，在0～90°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。變槳軸承在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)受到交變載荷和沖擊載荷的作用，工況條件惡劣，滾道的抗疲勞載荷能力影響著風(fēng)電設(shè)備的使用壽命。淬回火工藝對(duì)滾道的抗疲勞載荷能力有重要影響，淬回火工藝的驗(yàn)證不應(yīng)簡單停留在硬化層深度和硬度上，還應(yīng)關(guān)注其淬火后的金相組織。目前變槳軸承滾道金相組織檢測采用破壞性切樣方法，檢測成本較高、周期長，不適于批量生產(chǎn)的過程檢驗(yàn)，非常有必要探索一種有效、便捷的無損金相檢測方法。因此，利用金相復(fù)膜技術(shù)[2-5]對(duì)變槳軸承滾道的金相組織進(jìn)行檢測試驗(yàn)研究。

1 研究對(duì)象

試樣材料為42CrMo4，其化學(xué)成分見表1。試樣的滾道曲率半徑為32.5 mm，截面尺寸如圖1所示。最終淬回火前材料狀態(tài)為調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為292 HBW，滾道狀態(tài)為中頻感應(yīng)淬火和低溫回火，表面硬度為59.5 HRC，感應(yīng)淬火硬化層深度為6.9 mm，技術(shù)要求：滾道表面奧氏體晶粒度不小于7級(jí)。

表1 試樣的化學(xué)成分

圖1 試樣截面

2 檢測方法

滾道表面奧氏體晶粒度檢驗(yàn)采用金相復(fù)膜無損檢測方法。金相復(fù)膜是通過將預(yù)制的復(fù)型材料與金相試樣貼合的方法取得部件金屬微觀組織形貌的復(fù)型技術(shù)[4]。

2.1 檢驗(yàn)關(guān)鍵器材及試劑

關(guān)鍵器材：打磨機(jī)、砂紙、金相AC紙、溫度計(jì)、電吹風(fēng)、藥品匙、燒杯、電子秤、酒精燈、金相顯微鏡等。

試劑：苦味酸、洗潔精、分析純丙酮、醫(yī)用酒精。

2.2 試驗(yàn)步驟

1)選取變槳軸承滾道周向均布3個(gè)位置進(jìn)行拋光打磨，打磨工序?yàn)榇帜ァ⒕ズ蛼伖猓笞罱K表面粗糙度Ra≤0.5 μm。充分考慮金相AC復(fù)膜紙較薄易褶皺變形的因素，在制樣點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量多選幾點(diǎn)，以保證試驗(yàn)的一次成功。

2)對(duì)拋光區(qū)域用定性濾紙和酒精進(jìn)行清潔處理。

3)將試驗(yàn)套圈放入回火爐加熱至100 ℃，并保溫1 h。

4)配置試劑。用藥品匙稱量10 g苦味酸放入燒杯中，加水500 mL，將燒杯放入沸水中加熱試劑，待試劑溫度上升至60 ℃時(shí)，加入80 mL洗潔精，使用玻璃棒攪拌均勻，控制試劑溫度在60～80 ℃之間。

5)從回火爐中吊出套圈，再次清洗拋光面，將套圈吊至滾道能承接試劑的角度，將配好的試劑倒入，并用竹夾子夾取棉花不停擦拭，出現(xiàn)腐蝕物后，重新倒上配好的試劑。靜置4～5 min后用酒精清洗，使腐蝕面干凈清潔，并用電吹風(fēng)吹干，然后進(jìn)行下一個(gè)拋光面的腐蝕。在后續(xù)位置腐蝕時(shí)應(yīng)盡可能保持套圈溫度在60 ℃以上，如變槳軸承溫度低于要求范圍，按2 min/℃延長腐蝕時(shí)間，但軸承溫度不能低于50 ℃，以保證復(fù)膜能獲得清晰的晶界。

6)待全部腐蝕完后，將套圈空冷至常溫，利用準(zhǔn)備好的金相AC紙及丙酮進(jìn)行復(fù)膜操作。

7)復(fù)膜時(shí)間不少于10 min，將復(fù)膜好的金相AC紙用鑷子取下，粘貼在帶有雙面膠帶的玻璃片上，在金相顯微鏡下觀察。

3 檢測結(jié)果

依照復(fù)膜法得到的金相結(jié)果如圖2所示，按GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測定法》對(duì)試樣進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果為7.0級(jí)。

圖2 復(fù)膜法得到的金相組織(100×)

由于是從曲面上復(fù)膜得到的結(jié)果，需要驗(yàn)證此方法的準(zhǔn)確性，因此，對(duì)剛檢測的一個(gè)試驗(yàn)套圈的滾道檢測區(qū)域進(jìn)行切樣處理，制得試樣(圖3)后，進(jìn)行拋光打磨、腐蝕，然后在顯微鏡下觀察，檢測結(jié)果為7.0級(jí)(圖4)。再對(duì)切樣觀察區(qū)域進(jìn)行復(fù)膜(圖5)，對(duì)復(fù)膜得到的結(jié)果進(jìn)行觀察和評(píng)級(jí)(圖6)，評(píng)級(jí)結(jié)果為7.0級(jí)，與直接切樣和變槳軸承上直接復(fù)膜得到的結(jié)果均一致。

圖3 試樣

圖4 切片法金相組織圖(100×)

圖5 復(fù)膜面

圖6 復(fù)膜法金相組織圖(100×)

4 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室多次工藝試驗(yàn)對(duì)比分析，得出結(jié)論：

1)金相復(fù)膜法對(duì)于風(fēng)電變槳軸承滾道金相組織的檢驗(yàn)是可行、可靠的。

2)影響復(fù)膜效果的主要是軸承滾道的溫度、腐蝕時(shí)間和拋光面的清潔度。