[發(fā)明專利]用于增加風(fēng)力渦輪機(jī)的主要鋼機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910141102.4
• 申請日: 2009-05-20
• 公開（公告）號: CN101586539A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 約翰·路克斯;沃德·布勒德思;詹·萬格爾特森
• 申請（專利權(quán)）人: 漢森傳動系統(tǒng)國際公司
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;F16C33/58;F16C33/30;C21D1/10;C21D1/09
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張建濤;車 文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于增加風(fēng)力渦輪機(jī)的主要鋼機(jī)械零件的疲勞強(qiáng) 度和/或用于減小在這樣的鋼機(jī)械零件中形成所謂的“白色腐蝕裂紋 (white?etching?crack)”或“脆性剝落(brittle?flake)”的趨勢的方法。

本發(fā)明不限于此，具體目的在于將這樣的方法應(yīng)用于完全或幾乎 完全由鋼制成以及與其它鋼機(jī)械零件接觸的機(jī)械零件，其中當(dāng)兩種機(jī) 械零件運(yùn)轉(zhuǎn)時，它們在彼此之上滾動和/或滑動。

背景技術(shù)

這樣的鋼機(jī)械零件可以是例如風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱的軸承，例如 這種軸承的軸承環(huán)或滾子元件(roller?element)等。

已知當(dāng)機(jī)械零件在彼此之上滾動和滑動時，會出現(xiàn)一定的磨損和 疲勞癥狀。

根據(jù)用于例如風(fēng)力渦輪機(jī)以便以旋轉(zhuǎn)方式支撐風(fēng)力渦輪機(jī)外殼內(nèi) 的轉(zhuǎn)軸或者例如用于行星齒輪單元(planetary?gear?unit)以支撐與行星 架關(guān)聯(lián)的行星輪的特定球軸承和滾子軸承，已知這種疲勞的具體形式。

已經(jīng)被加載例如超過2,500小時或者例如超過10,000小時之后，可 在這樣的軸承中觀察到疲勞現(xiàn)象，其中脆性剝落剝離軸承的滾子元件 或軸承表面。

所述脆性剝落的形成總是伴隨有在所述機(jī)械零件表面下面的相變 區(qū)域(transformed?area)和/或較小裂紋的形成。

例如在疲勞研究的背景中，這些裂紋和區(qū)域通過顯微鏡能夠是可 見的。

其中，從已經(jīng)受到很長時間的滾動和/或滑動載荷的機(jī)械零件取樣 品，這之后，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)產(chǎn)品侵蝕該樣品，以便能夠清楚地觀察到 裂紋和相變區(qū)域。

由于所述滾動和/或滑動的結(jié)果而出現(xiàn)的疲勞特性在于在脆性剝 落處或者在脆性剝落附近，能在顯微鏡下觀察到在顯微鏡下顏色為白 色的裂紋、區(qū)域、帶和/或?qū)印?

同樣，能在顯微鏡下觀察到的前述特性通常被指示為白色腐蝕裂 紋、白色腐蝕區(qū)域、白色腐蝕層、白色腐蝕帶等等。

這些相變的白色腐蝕區(qū)域和白色腐蝕裂紋可在它們生長的材料夾 雜物周圍形成。

根據(jù)目前的科技發(fā)展水平，由于滾動和/或滑動載荷的結(jié)果而出現(xiàn) 的脆性剝落和白色腐蝕裂紋的形成的潛在機(jī)制仍然是未知的。

一些人認(rèn)為脆性剝落的形成由來自潤滑油中的氫自由基滲入鋼中 引起，但是該理論似乎不恰當(dāng)。

根據(jù)加載過程中應(yīng)力的出現(xiàn)也不可能解釋所述疲勞現(xiàn)象，這是因 為，實(shí)際上，在機(jī)械零件負(fù)荷水平顯著低于在實(shí)驗(yàn)室中對所述機(jī)械零 件進(jìn)行疲勞測試所觀察到的負(fù)荷水平下已經(jīng)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。

所述疲勞現(xiàn)象當(dāng)然是不希望的，這是因?yàn)槠錄Q定機(jī)械零件的壽命。

已知的機(jī)械零件，例如齒輪箱的行星齒輪單元的行星輪軸承 (planet?bearing)等，或者受到類似負(fù)荷的其他機(jī)械零件，由通常根據(jù) 一些方法等硬化以便改善其機(jī)械性能的類型的鋼制成。

根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展水平，許多機(jī)械零件由以下類型中的一個的 硬化鋼制成：所謂的全硬化鋼、表面硬化鋼、感應(yīng)硬化鋼或激光硬化 鋼。

全硬化鋼具有按重量計通常在0.9％和1.1％之間的碳含量。

在其生產(chǎn)過程中，全硬化鋼受到的熱處理包括將鋼加熱到鐵/碳相 圖的奧氏體區(qū)(825℃至950℃)，熱處理之后使鋼在冷水、油或空氣 中快速冷卻。

使用這樣的鋼來制造機(jī)械零件的優(yōu)點(diǎn)在于，其具有高硬度和耐磨 性。

因此，理由是，作為快速冷卻的結(jié)果，鋼按照細(xì)晶馬氏體結(jié)構(gòu)結(jié) 晶。

據(jù)此，很大程度上存在的碳一方面由于快速冷卻的結(jié)果而部分地 包含在鐵內(nèi)，使得金屬基體由馬氏體結(jié)構(gòu)形成，其中存在較高的內(nèi)應(yīng) 變，這有助于金屬基體的高硬度。

另一方面，鉻以及也可能的其他元素的存在使可利用的碳與鐵的 結(jié)合改善或穩(wěn)定，以便形成碳化物，從而為金屬基體提供額外的硬度。

作為變化形式，冷卻過程中溫度的變化可控制成使得獲得具有貝 氏體結(jié)構(gòu)而不是馬氏體結(jié)構(gòu)的金屬基體。

這種全硬化鋼的另一優(yōu)點(diǎn)是，其生產(chǎn)相當(dāng)便宜，這是因?yàn)槠浔壤? 如表面硬化鋼在爐中停留更少的時間，通常少于8小時。

然而，這種全硬化鋼具有相當(dāng)高的脆性，并且，如已經(jīng)提到的， 由于零件在彼此之上滾動和/或滑動的反復(fù)加載，脆性剝落將如上所述 剝離。

表面硬化鋼具有較低的總碳含量，通常按重量計在0.1％和0.3％之 間，其中，這種鋼受到被稱為表面硬化的特殊熱處理。