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分享:某重载高速齿轮箱太阳轮开裂原因

2023-02-22 15:23:26 

刘聪颖,晁永强,党军玲,黄文鹏,仲博颖,马宏利,龙 倩,王 涛

(重庆齿轮箱有限责任公司,重庆 402263)

:齿扫描,该太:和装配前,内部夹杂物使裂纹萌生,加工残余应力作用导致太阳轮发生了低应力脆性开裂

关键词:太阳轮;沿晶断裂;准解理断裂;低应力脆性开裂;夹杂 中图分类号:TB31;TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)11-0076-03

某 重 载 高 速 齿 轮 箱 中 一 级 太 阳 轮 的 材 料 为 17CrNiMo6,该太阳轮一端为齿轮,另一端为花键 (见图1),主要制造工序为:锻造正火去黑皮超声检测粗车滚齿渗碳淬火+回火喷丸磨外圆滚花键齿感应淬火磨齿无损检测,中渗碳淬火工序只针对齿轮部位进行太阳轮的其 余部位刷涂防渗涂料,随后在另一端滚花键齿,然后 对花键齿部位单独进行感应淬火,再进行整体低温回 火处理,在磨齿完成后的24h内进行无损检测

完成上述所有工序后,在对太阳轮进行装配时,发现该太阳轮花键齿底部有一条贯穿齿宽的裂纹, 深度约为1/3半径(见图2)。笔者采用宏观观察化学成分分析金相检验扫描电镜(SEM)及能谱 分析等方法对该太阳轮的开裂原因进行分析,并提 出了预防措施,以避免该类问题再次发生

1 理化检验

1.1 宏观观察

观察断 口 的 宏 观 形 貌,结 果 如 图 3 所 示3可知:断 口 新 鲜,无 明 显 宏 观 塑 性 变 形,较 平 ,整个断 裂 面 较 粗 糙,人 字 纹 走 向 清 晰;裂 纹 源 位 于 花 键 齿 底 下 方 约 6 mm,离 齿 左 端 约37mm ,裂 纹 源 长 度 约 为 3 mm,宽 度 约 为 0.8mm,呈椭圆状,从人字纹走向可以看出,裂纹 从该裂纹源向四周扩展


1.2 化学成分分析

从开裂太阳轮基体上取样,用直读火花光谱仪 进行化学成分分析,结果如表1所示,可见该太阳轮 的化学成分满足 GB/T3077—2019 《合金结构钢17CrNiMo6

1.3 金相检验 对开裂太阳轮的花键齿进行金相检验,结果如图 44:齿,,1 ,满足企业技术要求,断口表面无脱碳及污染

在断口裂纹源附近沿轴向取样,抛光后进行观 ,发现一条宽度约为33μm,长度约430μm 串链状夹杂物 (见图 5),GB/T10561—2005 钢中非金属夹杂物含量的测定》,判断该串链状夹 杂物为宽度超尺寸夹杂

1.4 SEM 及能谱分析

SEM 对 断 口 进 行 观 察,结 果 如 图 6 所 示由图6可知:断口裂纹源区有较多聚集分布的白色 块状物质,裂纹源区的断口呈冰糖状,断裂性质为沿 晶断裂;裂纹扩展区可见河流花样的解理小刻面,面之以撕裂棱线连接,断裂性质主要为准解理 断裂[1]对白色块状物质进行能谱分析,结果如图7,可见白色块状物主要含有 Al,O,Si,K,Ca等元

2 综合分析

由上述理 化 检 验 结 果 可 知:该 开 裂 太 阳 轮 的 化学成分和 显 微 组 织 均 满 足 标 准 要 求,但 断 口 附 近的基体有 宽 度 超 尺 寸 夹 杂 物;该 太 阳 轮 的 断 口 新鲜,裂纹源及裂纹边缘未发现有脱碳或者污染因此,判断裂纹形成于所有加工工序完成之后配之前太阳轮花键齿端经渗碳淬火 表面感应淬火处理后,零件表面有 + 较 回 大 火 的 滚 残 花 余 键 拉 齿 应 [2]一般情况下,晶界的结合力比晶内的结合力 [3],但夹杂物不仅破坏了材料连续性,还降低了基体晶粒之间的结合能[4]夹杂物的边界处往往呈尖 角状,有应力集中,在应力的作用下,裂纹最先在夹 杂物与基体结合能较低或者夹杂物的尖角处萌生, 并沿晶界进一步扩展,因此,裂纹源区的开裂性质主 要为沿晶断裂进入扩展区后,基体中没有夹杂,界结合力正常,裂纹开始沿晶内结合能较低的解理 面扩展,因 此,扩 展 区 的 开 裂 性 质 主 要 为 准 解 理 断裂


3 结论与建议

该太阳轮的裂纹是在加工完成后装配前产生 ,次表层的夹杂缺陷降低了材料的结合力,使材料 在加工残余应力作用下发生低应力脆性开裂建议在满足齿面硬度的前提下,尽量提高去应 力回火温度以及适当延长保温时间,或者再增加一 次去应力回火,以降低残余应力在齿轮件径向,齿顶向内的两倍齿顶高范围内,缺陷的验收当量应 于其文章来源:材料与测试网