S40C鋼制齒輪服役一段時(shí)間后,單個(gè)齒面出現(xiàn)裂紋狀缺陷。采用宏微觀分析、金相檢驗(yàn)、顯微硬度測(cè)試等方法,對(duì)該齒輪缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:齒面裂紋狀缺陷為接觸疲勞所致,造成局部接觸疲勞裂紋產(chǎn)生的根源是齒面存在磨削燒傷,顯著降低齒面硬度,改變齒面強(qiáng)度梯度分布,在循環(huán)嚙合作用下出現(xiàn)接觸疲勞開裂。進(jìn)一步地,對(duì)感應(yīng)淬火齒輪齒面硬度降低的影響因素進(jìn)行詳盡的闡述,并結(jié)合不同嚙合狀態(tài)下齒輪強(qiáng)度曲線和剪切應(yīng)力曲線之間的相互關(guān)系,論述常見的齒輪剝落現(xiàn)象及失效機(jī)理。 

【文章來源】：失效分析與預(yù)防. 2020,15(03)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

齒根彎曲和齒面嚙合

齒輪磁粉檢測(cè)顯示形貌如圖2所示，裂紋位置位于節(jié)圓附近（圖2虛線箭頭），整體呈封閉形貌，且與齒面磨加工方向呈小角度（<15°）交叉，用手觸摸有毛刺感。就齒面裂紋而言，根據(jù)T形法則可判斷圖2中虛線箭頭所指裂紋優(yōu)先形成，后續(xù)分別向齒頂和齒根方向擴(kuò)展形成二次裂紋，這與齒輪在服役過程中雙向運(yùn)行有關(guān)。微觀形貌檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋周邊磨齒痕跡清晰可見，沿嚙合方向存在輕微磨損跡象，此為開裂后因邊緣上翹引發(fā)的局部磨損，裂紋腔內(nèi)未見異物填充，兩側(cè)耦合性良好（圖3）。

1）根據(jù)接觸疲勞裂紋擴(kuò)展特征可推測(cè)出裂源位于圖4a中紅色圓圈處，該處距離齒面約0.4 mm，裂紋萌生后沿紅色虛線箭頭方向擴(kuò)展。值得提出的是，根據(jù)理論計(jì)算，齒輪最大赫茲應(yīng)力恰好位于齒面下0.3～0.4 mm位置。2）采用4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硝酸乙醇對(duì)圖4a中檢測(cè)面進(jìn)行浸蝕，發(fā)現(xiàn)距離齒面約0.5 mm范圍顏色發(fā)黑，較次表層更易浸蝕變色（圖4b），推測(cè)齒面可能存在“高溫回火”現(xiàn)象。3）顯微硬度測(cè)試結(jié)果見圖5，距離表面50μm處硬度約HV1 420，較正常區(qū)域低約HV1 150，“低硬度區(qū)”總深度達(dá)0.5 mm，這與圖4a中主裂紋擴(kuò)展深度、圖4b中腐蝕形貌均吻合。4）各部位顯微組織見圖6，各組織及其硬度見表2，證實(shí)缺陷處齒面確實(shí)存在回火現(xiàn)象，正常齒面組織根據(jù)JB/T 2008《鋼件感應(yīng)淬火金相檢驗(yàn)》評(píng)定為4級(jí)。圖4 金相試樣低倍形貌

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]機(jī)械加工零件表面燒傷的金相檢驗(yàn)[J]. 焦麗,趙英軍,徐向陽.  熱處理. 2019(04)
[2]磨削燒傷和磨削裂紋的預(yù)防措施[J]. 薄鑫濤.  熱處理. 2019(01)
[3]齒輪疲勞失效分析與工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 于海旭.  失效分析與預(yù)防. 2018(03)
[4]高速動(dòng)車組斜齒輪的齒根裂紋萌生壽命數(shù)值計(jì)算[J]. 李秀紅,李剛,任家駿,李文輝.  中國(guó)機(jī)械工程. 2018(09)
[5]基于ANSYS Workbench的齒輪彎曲疲勞壽命分析[J]. 劉本學(xué),郭沛東,徐科飛,張二亮.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2018(02)
[6]高速列車齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)齒輪接觸疲勞可靠性研究[J]. 王起梁,葉小芬.  機(jī)車車輛工藝. 2013(01)
[7]齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕的產(chǎn)生機(jī)理[J]. 李鈍,姜海翔,文圣香.  荊楚理工學(xué)院學(xué)報(bào). 2012(04)
[8]論我國(guó)滲碳齒輪制造中的若干問題(下)[J]. 陳國(guó)民.  機(jī)械工人(熱加工). 2007(12)
[9]論我國(guó)滲碳齒輪制造中的若干問題(中)[J]. 陳國(guó)民.  機(jī)械工人(熱加工). 2007(11)
[10]機(jī)械零件失效分析講座——第4講 齒輪的失效分析（二）[J]. 朱孝錄.  機(jī)械工人.冷加工. 1999(04)

碩士論文
[1]漸開線斜齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度分析與試驗(yàn)方法研究[D]. 封楠.機(jī)械科學(xué)研究總院 2019



本文編號(hào)：2981729