主動(dòng)齒輪失效分析

許樂(lè)樂(lè)

摘 要：對(duì)失效的主動(dòng)齒輪進(jìn)行了失效分析，采用宏微觀形貌、化學(xué)成分和金相檢驗(yàn)等手段，分析了主動(dòng)齒輪失效的原因，結(jié)果表明其原因?yàn)辇X輪膠合。應(yīng)采用控制起動(dòng)載荷、良好的潤(rùn)滑條件和跑合等措施有效預(yù)防膠合的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)齒輪；齒輪膠合；溝槽；化學(xué)元素

中圖分類號(hào)：TH132.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.088

該主動(dòng)齒輪的材料為20CrMnMo，制造工序?yàn)椋哄懺臁稹周?chē)→滾齒→滲碳淬火→低溫回火→磨削加工。該齒輪工作一段時(shí)間后，在齒面出現(xiàn)大量刮痕和溝槽。

1 試樣制備和分析方法

先對(duì)主動(dòng)齒輪宏觀形貌進(jìn)行分析，然后采用鉆屑和線切割的方式對(duì)主動(dòng)齒輪取樣，最后對(duì)樣品的化學(xué)成分、金相檢驗(yàn)和硬度測(cè)試等進(jìn)行分析。

2 宏觀檢查

齒輪宏觀形貌見(jiàn)圖1和圖2所示，整個(gè)齒輪從節(jié)圓至齒頂部位都布滿了條狀的刮痕和溝槽，刮痕和溝槽沿齒面金屬滑動(dòng)方向（周向）分布，在齒頂清晰可見(jiàn)因齒面塑性變形而產(chǎn)生的黏著磨損和飛邊痕跡。從齒面形變痕跡判斷，造成其失效的原因可能為齒輪間的膠合。

3 化學(xué)成分分析

在失效的主動(dòng)齒輪上進(jìn)行鉆屑取樣，分析出的化學(xué)成分結(jié)果如表1所示。與GB/T 3077—1999中相應(yīng)牌號(hào)的成分對(duì)比發(fā)現(xiàn)，化學(xué)成分結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 主動(dòng)齒輪的化學(xué)成分

化學(xué)元素 C Si Mn P S Cr Mo

化學(xué)成

分結(jié)果 0.22 0.20 1.15 0.011 0.015 1.38 0.26

20CrMnMo 0.17～0.23 0.17～0.37 0.90～1.20 ≤0.035 ≤0.035 1.10～1.40 0.20～0.30

4 金相檢查

4.1 非金屬夾雜物檢查

在失效的齒輪上進(jìn)行線切割取樣，依次進(jìn)行研磨、拋光，依照《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》（GB/T 10561—2005）進(jìn)行評(píng)定級(jí)別，其非金屬夾雜物為A0.5、D1，表明潔凈度較好，如圖3所示，拋光狀態(tài)下未見(jiàn)其他異常和缺陷。

4.2 金相組織分析

依照《機(jī)車(chē)牽引用滲碳淬硬齒輪金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（TB/T 2254—91）和《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測(cè)定和校核》（GB/T 9450

—2005）對(duì)該齒輪滲碳淬硬層的組織、心部組織和淬硬層深度進(jìn)行評(píng)定，其結(jié)果均符合技術(shù)要求，具體如表2所示。在外節(jié)圓處表面局部存在白亮層的淬火馬氏體，如圖4所示。

表2 齒輪滲碳淬硬層的組織、心部組織和淬硬層深度

齒輪位置 表面內(nèi)氧化深度級(jí)別 表面脫

碳層深

度級(jí)別 表面碳化物級(jí)別 馬氏

體級(jí)別 殘余奧氏體級(jí)別 心部組織 淬硬層深度（550HV1）

節(jié)圓 未見(jiàn) 未見(jiàn)（如圖4所示） 1級(jí)（如圖4所示） 3級(jí)（如圖4所示） 1級(jí)（如圖4所示） 2級(jí) 1.776 mm

齒根 2級(jí) 2級(jí)（如圖4所示） 1級(jí)（如圖4所示） 3級(jí)（如圖4所示） 1級(jí)（如圖4所示） 1.727 mm

4.3 分析、結(jié)論和建議

經(jīng)宏觀形貌表明，導(dǎo)致主動(dòng)齒輪失效的原因可能為齒輪膠合；經(jīng)化學(xué)成分分析表明，失效的主動(dòng)齒輪的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求；經(jīng)金相檢查表明，失效的主動(dòng)齒輪材料潔凈度較好，拋光狀態(tài)下未見(jiàn)其他異常和缺陷，齒輪的節(jié)圓處和齒根處金相組織檢查表明，該齒輪熱處理正常。但在齒輪節(jié)圓處表面局部存在白亮層的淬火馬氏體組織，這可能是因在齒輪間膠合時(shí)接觸齒面產(chǎn)生瞬時(shí)高溫而導(dǎo)致的。

圖3 100×非金屬夾雜物 圖4 500×節(jié)圓處組織

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，該主動(dòng)齒輪失效的原因是在運(yùn)行過(guò)程中的齒輪膠合。在齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，齒面間的高壓、高溫使局部破裂，局部金屬互相粘連、滑動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)齒輪間膠合，使金屬?gòu)谋砻姹凰郝洹＝ㄗh采用黏度較大或抗膠合性能較好的潤(rùn)滑油、降低表面的粗糙度和防止過(guò)載荷運(yùn)作等措施防止齒輪膠合發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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[2]韓玉勇，韓文，狄瑞民.齒輪齒面膠合現(xiàn)象及其預(yù)防[J].中國(guó)科技信息，2009（1）.

〔編輯：張思楠〕