失效分析中机械零件从冶炼到做成产品以及使用中的.docVIP

失效分析：机械零件从冶炼到出厂以及使用中“环境效应” 李志义1，2，李晓澎1，2，校平1，刘远波1 （1.重庆义扬机电设备有限公司,重庆 400042; 2.重庆长江工业炉公司, 重庆 401329;） 成品 服役如初的寿命考验 注： 关键词：环境效应、失效分析，服役如初的寿命。 1、钢的纯度、偏差度： 1.1世界第一品牌德国SEW减速机公司，原材料的订货：要求氢含量≤2PPm氧含量≤20PPm 夹杂物：氧化物≤1级，硫化物≤1级，而我们兵器用的枪炮钢，氧化物≤1.5级，硫化物≤1.5级，二者之加≤2.5级。 原材料在冶炼浇铸：推荐用真空抽气（脱氧脱氢），电磁、震动搅拌，连铸连轧，电渣重熔等方法来减少材料的杂质、偏析。均考虑了环境效应带来的效果。 由于各种原因、原材料状态不理想需要进行高温均匀化处理、等温正火处理。 真空冶炼、电渣重溶，以及目前国内外原材料在冶炼范畴内的环境效应。 1.2原材料的氢脆和白点 在炼钢过程中钢水中的氢和氧、硫会形成氧化物、硫化物、氢化物和H2分子。H+H→H2在局部形成107大气压（美国学者），而对H2+S形成H2S，引起压力增大没有成熟的研究数据（有待后人去研究），俄罗斯学者认为白点的形成不单是H+H→H2，他们检验到H2S的存在。并且在白点的壁周也检测也FeS存在,特别对在镍的钢还检测到NiS的存在，因此俄罗斯学者对保护气的硫含量要求在0.5mg/m3。以下，水份要求-40℃（露点），（当年重庆建设集团引进俄罗斯150m3/h具有一定还原性天然气制氮全套设备）。如果是氢而形成的白点，经锻打高温等温正火后，能够焊合。而有硫化物形成的白点以致于裂纹也能焊合并形成断链椭圆状夹杂物。 我在交流“气体渗碳淬火件的氢脆问题”这篇文章时莱钢集团张伟高工同我讲：他们也发现白点经等温正火后消除。重庆的海硕生产42CrMo钢5～9拐船用曲轴，经我指点将调质前的正火温度提高并延长1小时来解决白点问题。（该厂调质用直接淬火的水基淬火介质为重庆义扬的创新，产品销往国内外。） 2、原材料的轧锻状态的环境效应 由于天然气广泛加热应用：天然气未经净化处理直接用来对钢材加热；然后进行轧制或锻造。 2.1城市用天然气标准 热处理用天然气标准 现标准GB17820-1999《天然气技术要求》，热处理参照Ⅱ类（见表1），规定含硫（无机硫）量≤20mg/m3，有机硫不作要求。有些热处理工作者认为现有气源已达国家标准。在重庆地区经我们十多年检测，结果是波动的。波动范围：有机硫30—248 mg/m3、无机硫10—78 mg/m3，气矿脱硫设备已几次发生故障。为保证城市用气总硫高达1100 mg/m3。文献[1]的相关内容中专门讲述含硫量越低越好，但未提“水份”（水份也应越低越好[2、3]）。天然气另一渗碳机理CH4→Cad+H2的充分发挥，使渗碳件淬火后的表面非马氏体组织大大降低（控制好的话有效硬化层深0.8～1.2可达3μm以下（浅腐蚀）。2011年5月北京三一重工（艾协林多用炉）姚东海首先发现：在风电、重载齿轮渗碳上有效硬化层2.5～3mm，晶间氧化（不腐蚀）15～20μm。表面层质量处于世界领先地位（2011年8月重庆新兴通用丰东韩伯群总工也发现类似效果，见图2）。不但避免了古老的渗碳机理（CO→Cad+CO2）一边渗碳一边氧化的过程，使渗碳速度加快，提高11%，而且渗碳件表面光亮银灰色无碳黑[2]（吸热式气氛发生器一般也不烧碳黑）、吸热式气氛中的触媒不易中毒（寿命大大提高）、氧碳头和炉底板寿命提高一倍以上，重庆机床厂使用24年净化效果还很好，艾协林设备从未大修，获得可观的经济效益。 GB17820-1999规定，民用天然气或称城市用天然气为I和II标准。III标准当H2S≤20mg/m3，也允许使用(见表1)。 表1 天然气技术要求 指 标 I II III IV 总硫（mg/m3） ≦150 ≦200 ≦460 ＞460 H2Sm，g/m3 ≦6 ≦20 CO2，% ≦3 ≦3 水 份 无游离水 离水  图2 重庆新兴通用：17CrNiMo6风电齿轮在丰东BBHG-5000预抽真空多用炉上进行“2.5mm渗碳+淬火+回火”处理后，实测晶间氧化（不腐蚀）深度为16.52μm（美国企业标准≤40μm） 2.2我们曾于重庆XX锻造厂，接洽其它事情；该厂技术人员介绍采用天然气直接加热带来的能源节约1/2～1/3。“节能”我讲天然气中有：有机硫、无机硫、汞。你们不怕渗硫、渗汞服役寿命如何？回答为：反正