国检检测欢迎您!

微信公众号|腾讯微博|网站地图

您可能还在搜: 无损检测紧固件检测轴承检测上海综合实验机构

社会关注

分享:分动箱齿轮断裂原因

返回列表 来源:国检检测 查看手机网址
扫一扫!分享:分动箱齿轮断裂原因扫一扫!
浏览:- 发布日期:2023-02-28 15:15:43【

(上海市紧固件和焊接材料技术研究所 有限公司 检测中心,上海 201901)

摘 要:某分动箱的20CrMnTi齿成分分析硬度测试齿进行 了分析结果表明:齿面上残留的加工刀痕导致应力集中,在周期载荷的作用下,疲劳裂纹源首先 在残留的加工刀痕较深处形成,随后裂纹逐渐扩展,最终齿轮发生疲劳断裂

关键词:齿轮;20CrMnTi;;中图分类号:TG115.2 文献:B 文章编号:1001-4012(2021)02-0063-04

某企业生产的分动箱齿轮在使用过程中发生断 裂失效该齿轮材料为20CrMnTi,其制造工艺 流程为:原料锻造正火处理粗车精车齿渗碳淬火低温回火喷丸磨内孔端面齿终 检技 术 要 求 齿 轮 表 面 硬 度 为 58~62 HRC,心部硬度为30~43HRC,表面渗碳有效硬化 层深度为0.85~1.25mm。笔者采用一系列检验和 分析对该 20CrMnTi钢齿轮的断裂原因进行了分 ,以期类似事故不再发生

1 理化检验

1.1 宏观分析

1为断裂齿轮的宏观形貌,2为齿轮断口 宏观形貌由 图 2 可 知,裂 纹 扩 展 区 存 在 放 射 状 条 纹 及 疲 劳 弧 线,可 判 断 此 断 口 为 疲 劳 断 口[1-2]根据疲劳断 口 形 貌 特 征,放 射 状 条 纹 收 敛 处 为 疲 劳源以及疲 劳 弧 线 的 内 侧 是 裂 纹 源 的 方 向,而 疲 劳弧线的外 侧 是 裂 纹 扩 展 方 向,可 判 断 出 断 口 的 疲劳源区位置根据疲劳源区所在位置以及齿轮 断裂方向,可 判 断 出 裂 纹 源 位 于 齿 轮 节 圆 附 近 位 ,裂纹扩展 方 向 是 由 齿 轮 表 面 节 圆 附 近 向 齿 根 扩展

1.2 微观分析

3为断齿部分断口的形貌,疲劳源区是最早 生成的断口,疲劳源区表面凹凸不平,比较粗糙,成很多台阶,在循环工作载荷的作用下,疲劳源区的 裂纹缓慢扩展,从而连接形成台阶从疲劳源区断 口可以看出,起始裂纹源位于齿面一直线上,因而可 以称为线源,这个线源为齿面节圆附近的直线段上的 微裂纹,从靠近线源附近齿面加工刀痕来看,线源与 加工刀痕近似平行,加工刀痕的切削痕迹非常明显, 且具有显著的方向性[3-4]据此判断,疲劳源区的裂 纹最初萌生可能与加工刀痕有关,然后在齿轮的循环 冲击载荷下向齿轮基体逐渐扩展,直至断裂


1.3 化学成分分析 

从断裂齿轮上截取试样进行化学成分分析,果见 表 1。20CrMnTi钢 齿 轮 的 化 学 成 分 符 合 GB/T3077-2015《合金结构钢的成分要求


1.4 硬度测试 

按照 GB/T4340.1-2009《金属材料 维氏硬度 试验 第1部分:试验方法的检测方法检测齿轮表 面和心部硬度,并根据 GB/T1172-1999《黑色金 属硬度及强度换算值进行换算得到洛氏硬度,结果 见表2。齿轮表面和心部硬度实测值和平均值均满 足齿 轮 表 面 硬 度 58~63 HRC,心 部 硬 度 30~ 43HRC


1.5 硬化层深度测量 

按照 GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火硬化层 深度的测定和校核的检测方法从零件表面到维氏 界限硬度值550HV1(按照 GB/T4340.1-2009 规定)的垂直距离界定渗碳淬火硬化层深度来检测 齿轮侧面渗碳淬火有效硬化层深度[5],结果如图4 所示可见断裂齿轮侧面渗碳淬火有效硬化层深度 1.06mm,满足0.85~1.25mm 的技术要求


1.6 非金属夹杂物分析 

沿着图3的断口疲劳源区线源处垂直于齿面加 工刀痕方向截取齿轮部分和断齿部分的横截面试 ,试样经磨制和抛光后,先在金相显微镜下观察试 样横截面疲劳裂纹源附近非金属夹杂物分布情况及 非金属夹杂物类型和形态,再在扫描电镜(SEM)用能谱(EDS)仪定性和定量分析非金属夹杂物,果如图5和图6所示由图5和图6可知,疲劳裂 纹源附近没有明显聚集的非金属夹杂物,疲劳裂纹 源附近区域和远离疲劳裂纹源区域主要分布的是 Ti(CN)

1.7 验 

7为断裂齿轮表层和心部的显微组织形貌可见齿轮表层显微组织为高碳马氏体+少量残余奥 氏体,马氏体等级为3,残余奥氏体等级为1,齿 轮心部显微组织为低碳马氏体,马氏体等级为2。 


2 分析与讨论

从断裂齿轮宏观断口形貌可以看出,裂纹扩展 区存在放射状条纹及疲劳弧线,可判断此断口为疲 劳断口从疲劳源区断口宏观形貌可以看出,起始 裂纹源位于齿面一直线上,可以称为线源,而线源与 加工刀痕近似平行断裂齿轮的化学成分表面及 心部硬度侧面渗碳淬火有效硬化层深度均满足技 术要求,且断裂齿轮断口疲劳裂纹源附近并没有明 显聚集的非金属夹杂物对于齿轮类摩擦副来说,加工刀痕所造成的齿 面微观面积减小,齿面的接触压力加大,应力集中必 然随之增大,对于齿轮的疲劳寿命会产生不利影响。 

由上述分析可知,齿轮的疲劳断裂主要源于齿 面上残留加工刀痕形成的应力集中,在齿轮的循环 冲击载荷下,在较深的加工刀痕处容易产生微裂纹 而形成裂纹源,并向齿轮基体逐渐扩展,直至断裂。 

3 结论及建议 

齿轮发生疲劳断裂的主要原因是齿面残留加工 刀痕导致应力集中,在周期载荷作用下,疲劳裂纹源 首先在残留加工刀痕较深处形成,随后裂纹逐渐扩 ,直至断裂在齿轮的制造过程中,应降低齿轮表面的粗糙 ,强化齿根强度,控制残余加工刀痕对齿轮齿根强 度的影响,提高齿轮的疲劳寿命

来源:材料与测试网

推荐阅读

    【本文标签】:齿轮断裂原因分析 金属检测机构 国检检测
    【责任编辑】:国检检测版权所有:转载请注明出处

    最新资讯文章