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                                    關于減速機齒輪開裂的原因和檢測分析

                                    2021-11-12 00:00:00

                                    某廠行走齒輪減速器磨齒后,發現鍵槽孔壁周向及齒輪端面有裂紋。齒輪材料為18crnimo7-6。生產工藝為粗加工→滲碳淬火+回火→精加工(鍵槽開孔等)。為了確定齒輪裂紋產生的原因,進行了一系列的檢測和分析。

                                    測試過程和結果

                                    1.1宏觀檢驗

                                    齒輪外圓周、內鍵槽孔壁和端面的圓周方向均有較長的裂紋,部分端面裂紋兩側傾斜,如圖1所示。沿裂紋張開后觀察斷口形貌,多為銀金屬光澤的細瓷,未發現陳舊的斷口,裂紋源在鍵槽根部轉角處。

                                    1.2化學成分測試

                                    采用ICP-AES對齒輪的化學成分進行了測試,結果符合EN 884 -2008《滲碳鋼交貨技術條件》的要求。

                                    1.3硬度及金相檢驗

                                    齒輪的滲碳層深度約為1.58mm,齒面平均硬度為725hv1,中心硬度為43.0hrc,均滿足圖紙的技術要求。

                                    根據GB / T 10561-2005《測定鋼中非金屬夾雜物含量的標準級配圖顯微檢查方法》,各類非金屬夾雜物均優于0.5級;根據GB / t6394-2017金屬平均晶粒度測定方法,晶粒度為6.5級。

                                    根據GB / T 25744-2010《鋼中滲碳淬火回火金相檢驗》,齒輪滲碳層分為1級碳化物、5級馬氏體和6級殘余奧氏體。不符合GB / T 3480.5-2008《正齒輪斜齒輪承載能力計算第5部分:材料的強度和質量》對滲碳鋼表面組織和殘余奧氏體含量的要求

                                    試樣在裂紋源處切割,拋光,用4%硝酸醇腐蝕溶液腐蝕。用顯微鏡觀察鍵槽表面。鍵槽表面粗糙,根部不規則,有微裂紋。微裂紋兩側無滲碳脫碳現象,如圖5所示。

                                    2、分析與討論

                                    結果表明,材料成分、夾雜物、晶粒尺寸、硬度和滲透深度均滿足要求。齒輪開裂的主要原因如下。

                                    1)由于導線切割速度過快,齒輪鍵槽部分粗糙、加工痕跡清晰,過渡圓角形狀是不規則的,這加劇了鍵槽部分的應力集中,所以形成裂紋源,裂紋逐漸擴展到齒輪磨削壓力的作用下。另外,線材速度過快會導致鍵槽表面出現白光層,白光層中存在較多的微裂紋,導致裂紋在后續加工中擴展。在制造和使用具有尖銳凹角、凸邊或凹邊的零件過程中,在尖銳凹角、凸邊或凹邊的過渡處會出現較大的應力集中,并可能形成裂紋。

                                    另外,在加工過程中,由于操作、刀口形狀和機器精度等原因造成的被加工表面粗糙的刀痕,會造成應力集中,使性能惡化。經檢查發現鍵槽表面粗糙,表面加工刀痕清晰可見,鍵槽根部圓角形狀不規則,應力集中較大。鍵槽表面有一亮白色的層,這是一層含有大量殘余奧氏體的淬火層。殘余奧氏體是一種不穩定的組織,它可以繼續轉化為馬氏體并產生較大的應力。當應力集中在過渡圓角處時,過渡圓角處的應力集中現象會加劇,從而產生微裂紋。

                                    2)滲碳層馬氏體針厚,殘余奧氏體含量過多,使齒輪強度降低,脆性增加。此外,大量殘余奧氏體在室溫下繼續向淬火馬氏體轉化,產生較大的殘余內應力,加速裂紋擴展。

                                    3、結論與建議

                                    由于電火花線切割速度過快,鍵槽表面粗糙,過渡圓角形狀不規則,已加工表面產生白色光亮層。因此,鍵槽應力集中加劇,裂紋源在鍵槽內形成。在磨削應力和工件殘余應力的作用下,裂紋逐漸向裂紋擴展。建議在滲碳前先磨銑鍵槽。如采用電火花線切割滲碳后打開鍵槽,應控制線切割速度,以保證鍵槽根部的圓角形狀,提高鍵槽加工質量;如電火花線切割產生的白色光亮層無法避免,則電火花線切割后人工磨去。

                                    關于減速機齒輪開裂的原因和檢測分析

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