齒輪軸失效分析

曾書峰

[摘要]某齒輪傳動分公司生產(chǎn)的齒輪軸產(chǎn)品，在使用一段時間后齒輪輪齒部分及齒頂部位多個輪齒出現(xiàn)起皮、掉塊等剝落現(xiàn)象，對其進(jìn)行解剖做全面試驗(yàn)分析。

[關(guān)鍵詞]起皮 掉塊 鍛件致密性較 晶粒度粗大 馬氏體及殘留奧氏體 碳化物

一、概述

某齒輪傳動分公司生產(chǎn)的齒輪軸產(chǎn)品，在使用一段時間后齒輪輪齒部分及齒頂部位多個輪齒出現(xiàn)起皮、掉塊等剝落現(xiàn)象表面加工后繼續(xù)使用約一年半時間，更換備件后，分公司在齒輪失效處取截面試片兩片，受委托對該齒輪軸做失效分析。

二、試驗(yàn)分析

1.熱酸浸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：鍛件純凈度合格，但發(fā)現(xiàn)多處不致密區(qū)域，致密度較差，齒頂發(fā)現(xiàn)裂紋一條，系使用過程中較大應(yīng)力作用下產(chǎn)生的。齒根部位有裂紋一條，深度為滲碳層深度，系淬火開裂，見圖1～圖2所示。

此外，低倍試片的輪齒靠近齒頂部位的齒面可觀察到小裂紋若干，以及剝落掉塊現(xiàn)象見圖4所示。

2. 顯微組織分析。

（1）基體的夾雜、晶粒度檢驗(yàn)

夾雜：A類 2.0 級B類 0.5 級 C類 1.0 級D類 1.0 級DS類0.5 級

晶粒度：3.5級

試驗(yàn)結(jié)果表明鍛件軸鍛件微觀純凈度合格，晶粒度3.5級，較粗大，為不合格。

（2）滲碳淬火質(zhì)量檢驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，齒輪軸心部組織正常，但馬氏體及殘留奧氏體為6級，碳化物5級，滲碳淬火質(zhì)量問題嚴(yán)重。

（3）有效硬化層及心部硬度試驗(yàn)

有效硬化層深度檢驗(yàn)結(jié)果為：

節(jié)圓1.843㎜，齒根0.750㎜（試驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線后附）

心部硬度：HRC29.58

試驗(yàn)結(jié)果表明，兩者有效硬化層相差較大，根據(jù)“JB/T 6141.2-19923.2.2規(guī)定允許齒根部位的有效硬化層深度比節(jié)圓處小15%”判定，兩者數(shù)值差以超過15%為不合格。

三、討論

輪齒部位發(fā)現(xiàn)多處不致密區(qū)域，可見鍛件整體致密度較差。齒輪軸心部組織為低碳馬氏體+不明顯的游離鐵素體，基體組織狀態(tài)不合格，節(jié)圓、齒根、齒頂部位馬氏體及殘留奧氏體，滲碳淬火時已嚴(yán)重過熱，滲碳淬火工藝及操作、控制存在有嚴(yán)重質(zhì)量問題。在使用過程中較大應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，其發(fā)展結(jié)果將導(dǎo)致剝落、掉塊。

四、結(jié)論

1. 齒輪軸鍛件輪齒部位純凈度合格，但致密度較差。

2. 齒輪軸基體晶粒度粗大，不合格。

3.齒輪軸滲碳淬火工藝及控制不當(dāng)，造成馬氏體及殘留奧氏體及碳化物超級，不合格。

4. 齒輪軸齒頂角處裂紋是由于滲碳質(zhì)量不佳，在使用過程中較大應(yīng)力作用下產(chǎn)生的。

參考文獻(xiàn)：

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