齒輪破碎失效分析

劉盼盼

摘 要：某小齒輪在使用一段時(shí)間后破碎了，利用多種檢測(cè)手段對(duì)其進(jìn)行分析，包括低倍、化學(xué)成分、金相組織等實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，小齒輪碎裂起源于齒根表面的嚴(yán)重應(yīng)力集中型、高名義應(yīng)力雙向彎曲疲勞斷裂和過(guò)應(yīng)力沖擊脆斷，發(fā)生斷裂是因?yàn)辇X根未表淬，抗疲勞強(qiáng)度低所致。

關(guān)鍵詞：小齒輪；金相組織；裂紋；失效

中圖分類號(hào)：TH132.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）14-0055-02

某公司生產(chǎn)的小齒輪在使用一段時(shí)間之后發(fā)生碎裂，相關(guān)部件也有損壞。該小齒輪的材質(zhì)為40CrNiMoA，對(duì)小齒輪來(lái)說(shuō)，其工藝要求是：鍛件毛坯—粗加工—調(diào)質(zhì)—精加工—滾齒—滲碳淬火、回火—磨齒。齒輪軸經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)滲碳淬火后，芯部韌性好，抗彎強(qiáng)度高，齒面硬度為50～60 HRC，完全能夠滿足小齒輪在工作時(shí)所承受的重載荷。本文通過(guò)對(duì)失效件進(jìn)行取樣，包括宏觀分析、低倍試驗(yàn)分析、化學(xué)成分分析和金相分析等實(shí)驗(yàn)，研究小齒輪破碎的原因。

1 破碎分析

1.1 宏觀觀察

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)破碎小齒輪進(jìn)行分析，觀察到小齒輪已碎裂成多塊，主要是沿齒溝方向縱裂，如圖1所示。通過(guò)觀察其中掉下的一整齒的碎塊斷口可知，斷裂起源于齒根，齒根表面粗糙，存在嚴(yán)重應(yīng)力集中、高名義應(yīng)力雙向彎曲疲勞斷裂和過(guò)應(yīng)力沖擊脆斷，如圖2所示。完成對(duì)一件較大的4連齒碎塊橫截面和縱向試塊的取樣工作，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，花鍵處裂紋是疲勞擴(kuò)散到一定程度后，小齒輪花鍵部位受到過(guò)應(yīng)力導(dǎo)致的過(guò)載碎裂。

2 討論與分析

小齒輪的化學(xué)成分符合成分要求，鍛件致密度、均勻性差，鍛件整身枝晶偏析粗大的情況較為明顯，這表明鍛件鑄造不佳。表淬組織為3級(jí)馬氏體，表淬層內(nèi)無(wú)裂紋，這表明表淬溫度和冷速控制合理，但是，小齒輪低倍組織和宏觀硬度、微觀硬度曲線、微觀組織都可以確定齒根未表淬，這說(shuō)明表淬工藝問(wèn)題嚴(yán)重。齒根未表淬會(huì)導(dǎo)致齒根處硬度低、接觸疲勞強(qiáng)度低、抗彎曲疲勞強(qiáng)度低，直接導(dǎo)致其在使用過(guò)程中彎曲疲勞裂紋在此處萌生、擴(kuò)展，直至斷裂。

3 結(jié)論

小齒輪的化學(xué)成分符合40CrNiMoA材質(zhì)的要求，鍛件純凈度合格，但是，其致密度、均勻性差，枝晶偏析粗大。

參考文獻(xiàn)

[1]孫志，江利，應(yīng)鵬展.失效分析——基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 10561—2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定—標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]馬惠霞，龐兆夫，黃磊.挖掘機(jī)傳動(dòng)軸斷裂失效分析[J].兵器材料科學(xué)與工程，2009（5）.

〔編輯：白潔〕

Abstract： A small gear， after a period of time in use broken， through a variety of means of detection are analyzed， including the low times， chemical composition， metallographic structure test， results show that， the small gear tooth surface fragmentation originated from serious stress concentration， high nominal stress and biaxial bending fatigue fracture and should be the brittle fracture of tooth impact， not the surface quenching， anti fatigue strength is low due to.

Key words： small gear； metallographic structure； crack； failure

摘 要：某小齒輪在使用一段時(shí)間后破碎了，利用多種檢測(cè)手段對(duì)其進(jìn)行分析，包括低倍、化學(xué)成分、金相組織等實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，小齒輪碎裂起源于齒根表面的嚴(yán)重應(yīng)力集中型、高名義應(yīng)力雙向彎曲疲勞斷裂和過(guò)應(yīng)力沖擊脆斷，發(fā)生斷裂是因?yàn)辇X根未表淬，抗疲勞強(qiáng)度低所致。

關(guān)鍵詞：小齒輪；金相組織；裂紋；失效

中圖分類號(hào)：TH132.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）14-0055-02

某公司生產(chǎn)的小齒輪在使用一段時(shí)間之后發(fā)生碎裂，相關(guān)部件也有損壞。該小齒輪的材質(zhì)為40CrNiMoA，對(duì)小齒輪來(lái)說(shuō)，其工藝要求是：鍛件毛坯—粗加工—調(diào)質(zhì)—精加工—滾齒—滲碳淬火、回火—磨齒。齒輪軸經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)滲碳淬火后，芯部韌性好，抗彎強(qiáng)度高，齒面硬度為50～60 HRC，完全能夠滿足小齒輪在工作時(shí)所承受的重載荷。本文通過(guò)對(duì)失效件進(jìn)行取樣，包括宏觀分析、低倍試驗(yàn)分析、化學(xué)成分分析和金相分析等實(shí)驗(yàn)，研究小齒輪破碎的原因。

1 破碎分析

1.1 宏觀觀察

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)破碎小齒輪進(jìn)行分析，觀察到小齒輪已碎裂成多塊，主要是沿齒溝方向縱裂，如圖1所示。通過(guò)觀察其中掉下的一整齒的碎塊斷口可知，斷裂起源于齒根，齒根表面粗糙，存在嚴(yán)重應(yīng)力集中、高名義應(yīng)力雙向彎曲疲勞斷裂和過(guò)應(yīng)力沖擊脆斷，如圖2所示。完成對(duì)一件較大的4連齒碎塊橫截面和縱向試塊的取樣工作，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，花鍵處裂紋是疲勞擴(kuò)散到一定程度后，小齒輪花鍵部位受到過(guò)應(yīng)力導(dǎo)致的過(guò)載碎裂。

2 討論與分析

小齒輪的化學(xué)成分符合成分要求，鍛件致密度、均勻性差，鍛件整身枝晶偏析粗大的情況較為明顯，這表明鍛件鑄造不佳。表淬組織為3級(jí)馬氏體，表淬層內(nèi)無(wú)裂紋，這表明表淬溫度和冷速控制合理，但是，小齒輪低倍組織和宏觀硬度、微觀硬度曲線、微觀組織都可以確定齒根未表淬，這說(shuō)明表淬工藝問(wèn)題嚴(yán)重。齒根未表淬會(huì)導(dǎo)致齒根處硬度低、接觸疲勞強(qiáng)度低、抗彎曲疲勞強(qiáng)度低，直接導(dǎo)致其在使用過(guò)程中彎曲疲勞裂紋在此處萌生、擴(kuò)展，直至斷裂。

3 結(jié)論

小齒輪的化學(xué)成分符合40CrNiMoA材質(zhì)的要求，鍛件純凈度合格，但是，其致密度、均勻性差，枝晶偏析粗大。

參考文獻(xiàn)

[1]孫志，江利，應(yīng)鵬展.失效分析——基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 10561—2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定—標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]馬惠霞，龐兆夫，黃磊.挖掘機(jī)傳動(dòng)軸斷裂失效分析[J].兵器材料科學(xué)與工程，2009（5）.

〔編輯：白潔〕

Abstract： A small gear， after a period of time in use broken， through a variety of means of detection are analyzed， including the low times， chemical composition， metallographic structure test， results show that， the small gear tooth surface fragmentation originated from serious stress concentration， high nominal stress and biaxial bending fatigue fracture and should be the brittle fracture of tooth impact， not the surface quenching， anti fatigue strength is low due to.

Key words： small gear； metallographic structure； crack； failure

摘 要：某小齒輪在使用一段時(shí)間后破碎了，利用多種檢測(cè)手段對(duì)其進(jìn)行分析，包括低倍、化學(xué)成分、金相組織等實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，小齒輪碎裂起源于齒根表面的嚴(yán)重應(yīng)力集中型、高名義應(yīng)力雙向彎曲疲勞斷裂和過(guò)應(yīng)力沖擊脆斷，發(fā)生斷裂是因?yàn)辇X根未表淬，抗疲勞強(qiáng)度低所致。

關(guān)鍵詞：小齒輪；金相組織；裂紋；失效

中圖分類號(hào)：TH132.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）14-0055-02

某公司生產(chǎn)的小齒輪在使用一段時(shí)間之后發(fā)生碎裂，相關(guān)部件也有損壞。該小齒輪的材質(zhì)為40CrNiMoA，對(duì)小齒輪來(lái)說(shuō)，其工藝要求是：鍛件毛坯—粗加工—調(diào)質(zhì)—精加工—滾齒—滲碳淬火、回火—磨齒。齒輪軸經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)滲碳淬火后，芯部韌性好，抗彎強(qiáng)度高，齒面硬度為50～60 HRC，完全能夠滿足小齒輪在工作時(shí)所承受的重載荷。本文通過(guò)對(duì)失效件進(jìn)行取樣，包括宏觀分析、低倍試驗(yàn)分析、化學(xué)成分分析和金相分析等實(shí)驗(yàn)，研究小齒輪破碎的原因。

1 破碎分析

1.1 宏觀觀察

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)破碎小齒輪進(jìn)行分析，觀察到小齒輪已碎裂成多塊，主要是沿齒溝方向縱裂，如圖1所示。通過(guò)觀察其中掉下的一整齒的碎塊斷口可知，斷裂起源于齒根，齒根表面粗糙，存在嚴(yán)重應(yīng)力集中、高名義應(yīng)力雙向彎曲疲勞斷裂和過(guò)應(yīng)力沖擊脆斷，如圖2所示。完成對(duì)一件較大的4連齒碎塊橫截面和縱向試塊的取樣工作，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，花鍵處裂紋是疲勞擴(kuò)散到一定程度后，小齒輪花鍵部位受到過(guò)應(yīng)力導(dǎo)致的過(guò)載碎裂。

2 討論與分析

小齒輪的化學(xué)成分符合成分要求，鍛件致密度、均勻性差，鍛件整身枝晶偏析粗大的情況較為明顯，這表明鍛件鑄造不佳。表淬組織為3級(jí)馬氏體，表淬層內(nèi)無(wú)裂紋，這表明表淬溫度和冷速控制合理，但是，小齒輪低倍組織和宏觀硬度、微觀硬度曲線、微觀組織都可以確定齒根未表淬，這說(shuō)明表淬工藝問(wèn)題嚴(yán)重。齒根未表淬會(huì)導(dǎo)致齒根處硬度低、接觸疲勞強(qiáng)度低、抗彎曲疲勞強(qiáng)度低，直接導(dǎo)致其在使用過(guò)程中彎曲疲勞裂紋在此處萌生、擴(kuò)展，直至斷裂。

3 結(jié)論

小齒輪的化學(xué)成分符合40CrNiMoA材質(zhì)的要求，鍛件純凈度合格，但是，其致密度、均勻性差，枝晶偏析粗大。

參考文獻(xiàn)

[1]孫志，江利，應(yīng)鵬展.失效分析——基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 10561—2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定—標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]馬惠霞，龐兆夫，黃磊.挖掘機(jī)傳動(dòng)軸斷裂失效分析[J].兵器材料科學(xué)與工程，2009（5）.

〔編輯：白潔〕

Abstract： A small gear， after a period of time in use broken， through a variety of means of detection are analyzed， including the low times， chemical composition， metallographic structure test， results show that， the small gear tooth surface fragmentation originated from serious stress concentration， high nominal stress and biaxial bending fatigue fracture and should be the brittle fracture of tooth impact， not the surface quenching， anti fatigue strength is low due to.

Key words： small gear； metallographic structure； crack； failure