兩件大型滲碳齒輪在磨齒及靜置的過程中發(fā)生開裂,現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)兩件齒輪的裂紋均出現(xiàn)在齒輪輻板圓孔。本論文以兩件開裂的大型滲碳齒輪為研究對象,利用掃描電子顯微鏡(SEM)、光學(xué)電子顯微鏡(OPM)詳細(xì)觀察研究了齒輪的宏觀及微觀組織特征；利用發(fā)射光譜儀(OES)、X射線能譜儀(EDX)研究了齒輪材料的基體成分及微區(qū)成分。通過對開裂齒輪的宏觀斷口及微觀斷口的觀察研究確定了兩件齒輪的開裂機(jī)制及失效原因。論文主要結(jié)論如下： (1)這兩件齒輪的材質(zhì)為20CrMnTi鋼,正常區(qū)基體化學(xué)成分符合技術(shù)要求,齒輪表面進(jìn)行了滲碳處理。 (2)這兩件齒輪基體普遍存在冶金缺陷-宏觀點(diǎn)狀偏析,偏析等級為此類缺陷中最嚴(yán)重的4級,尤其在裂紋源區(qū)出現(xiàn)了較大尺寸的偏析區(qū)(24x47mm和27×12mm),在宏觀點(diǎn)狀偏析區(qū)的Si、Mn、P、S、Cr等元素含量均高于正常區(qū)基體。 (3)點(diǎn)狀偏析區(qū)與正常區(qū)域的微觀組織存在明顯差異：輻板表層偏析區(qū)由淬火馬氏體和殘余奧氏體組成,正常區(qū)由回火馬氏體組成；輻板心部偏析區(qū)組織為貝氏體和沿晶斷續(xù)鐵素體,正常區(qū)基體組織為細(xì)片狀珠光體和沿晶粗網(wǎng)狀鐵素體。 (4)兩件齒輪斷口呈沿晶斷裂形貌,其沿晶小刻面上存在韌性撕裂或“雞爪”痕跡,表現(xiàn)出氫致開裂的斷口特征,兩件齒輪的失效形式均屬于氫致沿晶開裂。 (5)輻板心部存在的點(diǎn)狀偏析區(qū)為氫脆開裂提供了組織條件：偏析區(qū)存在過量的P、S元素、出現(xiàn)了對氫脆更為敏感的貝氏體組織,在齒輪輻板裂紋源區(qū)存在的較大尺寸的偏析缺陷成為吸氫的“陷阱”,隨著偏析區(qū)氫含量的增加,界面強(qiáng)度降低,最終導(dǎo)致富氫區(qū)開裂。氫可能是在材料熔煉或鑄造的過程中引入的。
【學(xué)位單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH132.41
【部分圖文】：

第三章大型齒輪開裂失效分析3.1宏觀形貌觀察失效齒輪(齒輪n)如圖3.1所示(對于齒輪1只提供斷裂部位殘片)。兩件齒輪均在齒輪輻板圓孔間出現(xiàn)了周向裂紋，且裂紋貫穿齒輪上下端面和輻板圓孔表面(圖 3.2)。爵爵摹 摹 麟麟耀黔瓣麟黔耀瓣瓣 瓣揍紹接姻那那塞一瞬麟緲豁 豁曰萬云云 云 跳 跳跳秘哪 哪鵝黔瞬耀麟撇 撇昭皿 皿 皿 篡篡篡瓢 瓢夔繆 繆豁豁蘸瓢 瓢蘸 蘸擎擎蘸瞬彭窿群瑟卿舜 罐 iiiii瞧彝暴暴嘿嘿驥耀黔黔馨 馨豁豁贅贅豁豁肇黔黔!霎馨 馨}}}】 】 】 】 圖3.1開裂失效的大齒輪 Fig.3.1Crackedgear(gearll)

一種大型齒輪組織缺陷及其開裂失效分析(l)齒輪I齒輪I的宏觀斷口形貌如圖3.3所示，從斷口形貌可以看出，在齒輪I輻板斷口四分之一中心處出現(xiàn)了2處相距較近且獨(dú)立的放射狀裂紋擴(kuò)展痕跡，將2處放射狀試塊標(biāo)記為A、B。根據(jù)該斷口表面顏色和粗糙程度，由中心向外將兩個試塊表面分別標(biāo)記為AI、A2、A3和BI、BZ、B3區(qū)域。圖3.3齒輪輻板斷口宏觀形貌 Fig.3.3MacroshaPeofthefraeturesuri五ee從圖3.3中可以看到，放射中心區(qū)域Al和Bl處斷口表面非常平整，斷口為銀灰色且呈金屬光澤;在A2和BZ區(qū)域表面略為粗糙，其表面仍呈銀灰色;A3和B3區(qū)域表面較粗糙，表面多處存有銹跡，且該斷口在宏觀上完全沒有塑性變形的痕跡，這表明該件齒輪屬于脆性開裂失效。分別測定了2個試塊的兩個區(qū)域尺寸

觀斷口形貌特征可以確定，Al和Bl區(qū)域為裂紋源區(qū)，A2和BZ區(qū)域為裂紋緩慢擴(kuò)展區(qū)，A3和B3區(qū)域為裂紋快速擴(kuò)展區(qū)。從圖3.3及圖3.4中可以看到，Al和Bl為兩個獨(dú)立的裂紋源區(qū)且處于不同平面，其間以撕裂臺階相連。撕裂合圖3.4裂紋源Bl區(qū)宏觀形貌及撕裂臺階形態(tài) Fig.3.4MaerograPhofcrackoriginregionBlandtearingsteP(2)齒輪11將齒輪11的裂紋部位切下，并將裂紋展開形成斷口(圖3.5)，斷口觀察顯示，矩形斷口中間比較平坦，在斷口表面出現(xiàn)了放射狀裂紋擴(kuò)展痕跡，且放射臺階內(nèi)低外高，在矩形斷口外緣，斷口趨于平坦。此外我們還注意到，在斷口上的兩側(cè)端面

【參考文獻(xiàn)】

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1 鐘群鵬,張崢,田永江;機(jī)械裝備失效分析診斷技術(shù)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2002年05期

2 鐘群鵬,宋光雄,張崢,駱紅云;機(jī)械失效模式、原因和機(jī)理的診斷思路和主要依據(jù)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2004年10期

3 高克瑋,褚武揚(yáng);環(huán)境斷裂的位錯層次研究[J];材料研究學(xué)報;1999年04期

4 張瑞鋒;邵奎祥;;碳偏析和氫脆共同作用產(chǎn)生的置裂[J];大型鑄鍛件;2008年05期

5 蔡鐵莊;王文;;70Cr3Mo鋼支承輥熱處理斷裂的原因分析[J];大型鑄鍛件;2010年02期

6 鐘群鵬,武淮生,張崢,田永江;機(jī)電裝備的失效分析、安全評定和無損檢測[J];中國工程科學(xué);1999年01期

7 潘川,李正邦,田志凌,梁東圖,褚武揚(yáng),宿彥京,喬利杰;氫和氫致馬氏體導(dǎo)致不銹鋼氫脆的定量研究[J];中國科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué);2002年03期

8 王允實(shí),侯翠萍,王明賢;一種變形鐵基高溫合金中的點(diǎn)狀偏析[J];金屬學(xué)報;1980年01期

9 單廣斌,王勇圍,李金許,高克瑋,宿彥京,喬利杰,惠希東,褚武揚(yáng);Zr基塊狀非晶的氫損傷與氫致滯后斷裂[J];金屬學(xué)報;2005年01期

10 吳連生;失效分析技術(shù)及其應(yīng)用 第九講 環(huán)境斷裂失效分析[J];理化檢驗(物理分冊);1996年03期

本文編號：2829576