大型弧齿锥齿轮齿端面开裂原因分析
齿轮失效常见的形式及预防措施
1.5 塑性变形齿⾯塑性变形主要出现在低速重载、频繁启动和过载的场合。
当齿⾯的⼯作应⼒超过材料的屈服极限时，齿⾯产⽣塑性流动，从⽽引起主动轮齿⾯节线处产⽣凹槽，从动轮出现凸脊。
此失效多发⽣在⾮硬⾯轮齿上，齿轮的齿形严重变形，特别是左右不对称时应更换新件。
上⾯阐述的⼏种主要轮齿失效形式，在⼀般情况下，不仅可以修复，且在不能改变齿轮材料、加⼯⼯艺的条件下通过提前预防来延迟齿轮失效不利情况的发⽣，提⾼齿轮使⽤寿命。
2、预防齿轮失效措施2.1 提⾼齿轮安装精度2.2 合理选材齿轮材料的选择，要根据强度、韧性和⼯艺性能要求，综合考虑。
结合我国实际，宜选⽤低碳合⾦渗碳钢。
对于承受重载和冲击载荷的齿轮，采⽤以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合⾦渗碳钢为主的钢材；对于负载⽐较稳定或功率较⼩，模数较⼩的齿轮，亦可选⽤⽆Ni的Ni-Mn钢。
⽤这种钢材制造的齿轮与普通电炉钢制造的齿轮相⽐，其接触和弯曲疲劳寿命可提⾼3-5倍，齿轮极限载荷可提⾼15%-20%。
2.3 热处理通过热处理⼯艺，可以改善齿轮材质，适当提⾼硬度，消除或减轻齿⾯的局部过载，提⾼齿⾯的抗剥落能⼒。
例，对煤矿机械中的齿轮，深层渗碳淬⽕，可减⼩齿轮硬化，提⾼芯部硬度，较⼩的过渡区残余拉应⼒和充⾜的硬化层深度。
2.4 根据实际情况选择齿轮油据资料显⽰，机械故障的34.4%源于润滑不⾜，19.6%源于润滑不当，换句话说，以54%的机械故障是由于润滑问题所致。
因此，选择好的齿轮油对提⾼齿轮使⽤寿命有重要的意义。
2.5 修复为了确保齿轮的强度和硬度，决定采⽤氩弧焊合⾦焊丝堆焊修复，后⽤磨光机整形处理⽅案，这样焊后的齿轮轮齿少不经热处理达到较⾼的硬度和强度。
通过对齿轮失效形式的分析，可提⾼准确判别设备故障的能⼒，及时解除故障，提⾼经济效益。
基于ANSYS的弧齿锥齿轮应力分析
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为基圆锥角 ，如＝ａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｎ（ ｓ ｉ ｎ ＆ ｃ ｏ ｓ ａ） ， 其 中 为分度 圆锥角 ，ａ 为压力角 ，标准值为 ２ ０ 。 。
摘
要： 采用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ参数化建模方法对某 大型矿用机械斜齿轮进行 了建模 ； 利用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
的数据 交换接 口，将 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ 中建立的模 型导入 ＡＮ Ｓ ＹＳ有 限元 分析软件 中，建立齿轮接 触有 限元模型 ，分析 了产 生裂 纹情 况下齿轮 弯曲应 力和接 触应 力；并比较有 无齿根裂纹 时齿根应力的 变化差异 ，从 而为齿轮裂纹检测提供有效的分析方法和检测依据。 关键词 ：斜齿轮 ；参数化 ；裂纹 ：有 限元 中图分类号 ：Ｔ Ｈ１ ３ ２ ． ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ０ －８ １ ３ ６（ ２ ０ １ ３） ２ Ｏ 一０ ０ １ １ －０ ３ 在矿用机械和农 用机械 中， 齿轮承受载荷大 ， 工作环境差 ， 同时在工作启动时突然受 载几 率大大增加 。在反复 的加载和卸 载 的作 用下 ，齿轮容易发生 断齿 或崩齿现象。在齿轮启动工作 时轮齿 的齿根处产生 的弯 曲应力 为最大 ，同时 由于在齿根处过 渡部分 的几何尺寸发生急剧变化 ，以及 轮齿宽度方 向加工刀痕 处产生 的应 力集 中，反复受载 时会 产生疲劳裂纹 ，裂纹逐渐扩 展 ，导致 轮齿折断 。在恶劣工作环境下 ，齿轮传动时落人齿面 的硬质 杂物使齿面逐渐磨损 ，导致失效 。同时如果处理材料硬 度低 ，主动轮齿面上 的摩擦力背离节线 ，分别朝 向齿顶 和齿 根 ， 产生塑性变形 ，节线 附近下 凹 ，从 动轮节线 附近上 凹。
齿轮失效的原因有哪些
齿轮失效的原因有哪些齿轮使用久之后会出现哪些问题?我们知道很多机械零件使用久之后就会失效，下面是店铺精心为你整理的齿轮失效的原因，一起来看看。
齿轮失效的原因1、齿面磨损对于开式齿轮传动或含有不清洁的润滑油的闭式齿轮传动，由于啮合齿面间的相对滑动，使一些较硬的磨粒进入了摩擦表面，从而使齿廓改变，侧隙加大，以至于齿轮过度减薄导致齿断。
一般情况下，只有在润滑油中夹杂磨粒时，才会在运行中引起齿面磨粒磨损。
2、齿面胶合对于高速重载的齿轮传动中，因齿面间的摩擦力较大，相对速度大，致使啮合区温度过高，一旦润滑条件不良，齿面间的油膜便会消失，使得两轮齿的金属表面直接接触，从而发生相互粘结。
当两齿面继续相对运动时，较硬的齿面将较软的齿面上的部分材料沿滑动方向撕下而形成沟纹。
3、疲劳点蚀相互啮合的两轮齿接触时，齿面间的作用力和反作用力使两工作表面上产生接触应力，由于啮合点的位置是变化的，且齿轮做的是周期性的运动，所以接触应力是按脉动循环变化的。
齿面长时间在这种交变接触应力作用下，在齿面的刀痕处会出现小的裂纹，随着时间的推移，这种裂纹逐渐在表层横向扩展，裂纹形成环状后，使轮齿的表面产生微小面积的剥落而形成一些疲劳浅坑。
4、轮齿折断在运行工程中承受载荷的齿轮，如同悬臂梁，其根部受到脉冲的周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，并逐步扩展，当剩余部分无法承受传动载荷时就会发生断齿现象。
齿轮由于工作中严重的冲击、偏载以及材质不均匀也可能引起断齿。
5、齿面塑性变形在冲击载荷或重载下，齿面易产生局部的塑性变形，从而使渐开线齿廓的曲面发生变形。
齿轮失效怎么办提高抗磨损能力的措施：①改善密封条件采用闭式传动代替开式传动或加防护装置。
②提高齿面硬度。
③改善润滑条件、在润滑油中加入减摩添加剂、保持润滑油的清洁。
提高齿轮的接触疲劳强度的措施：①提高齿面硬度和降低齿面粗糙度。
②合理选用润滑油粘度，采用黏度较高的润滑油(实践证明：润滑油黏度越低，越易渗入裂纹，点蚀扩展越快)。
叉车主动锥齿轮断裂原因分析
叉车主动锥齿轮断裂原因分析戴申梅【摘要】某叉车主动锥齿轮在叉车卸货过程中发生断裂,采用宏观分析、化学成分分析、金相检验、硬度测试及断口扫描电镜分析等方法,对锥齿轮断裂的原因进行了分析.结果表明:该锥齿轮在热处理渗碳过程中渗入了氢,导致其承载后原子态氢向轴径φ45 mm与φ40 mm过渡台阶处的应力集中区偏聚,裂纹在此处萌生并扩展,最终锥齿轮发生氢脆断裂.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2018(054)009【总页数】4页(P698-700,704)【关键词】锥齿轮;断裂;20CrMnTi钢;氢脆【作者】戴申梅【作者单位】安徽省机械科学研究所,合肥230022【正文语种】中文【中图分类】TG115.2主动锥齿轮(后续简称锥齿轮)是叉车车桥中用来传递扭矩并调节车轮转速的重要零部件。
某叉车在托起货物并倒车时，其内部发生异响，经检查发现锥齿轮在轴径φ45 mm与φ40 mm的过渡台阶处断裂，如图1所示。
该锥齿轮材料为20CrMnTi钢，加工工艺流程为：锻件→等温正火→机加工→弧齿→渗碳淬火+回火→精磨→配对→装配。
热处理工艺为：渗碳温度(910±10)℃，渗剂为甲醇、煤油，在井式渗碳炉渗碳4.5 h；降温后直接淬火，淬火介质为N32机油；后经180 ℃回火处理2 h。
笔者通过宏观分析、化学成分分析、金相检验、硬度测试及断口扫描电镜分析等方法，分析了其断裂失效的原因，并提出相应的解决办法。
图1 断裂锥齿轮的宏观形貌Fig.1 Macro morphology of the fractured bevel gear1 理化检验1.1 宏观分析锥齿轮断口宏观形貌如图2所示，可见断口较齐平，为脆性的结晶状，表面洁净呈亮灰色；断口表层为断裂源，相对平齐的次表层为扩展区，粗糙有放射线花样处为瞬断区，故锥齿轮断口为脆性断口。
图2 锥齿轮断口的宏观形貌Fig.2 Macro morphology of fracture surface ofthe bevel gear1.2 化学成分分析对断裂锥齿轮进行化学成分分析，结果见表1。
齿轮故障的常见形式与原因
齿轮故障的常见形式与原因一、齿轮故障的常见形式齿轮由于构造型式、材料与热处理、操作运行环境与条件等因素不同，发生故障的形式也不同，常见的齿轮故障有以下几类形式。
(1)齿面磨损光滑油缺乏或油质不清洁会造成齿面磨粒磨损，使齿廓改变，侧隙加大，以致由于齿轮过度减薄导致断齿。
一般情况下，只有在光滑油中夹杂有磨粒时，才会在运行中引起齿面磨粒磨损。
(2)齿面胶合和擦伤对于重载和高速齿轮的传动，齿面工作区温度很高，一旦光滑条件不良，齿面间的油膜便会消失，一个齿面的金属会熔焊在与之啮合的另一个齿面上，在齿面上形成垂直于节线的划痕状胶合。
新齿轮未经磨合便投人使用时，常在某一部分产生这种现象，使齿轮擦伤。
(3)齿面接触疲劳齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动，而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反，从而产生脉动载荷。
载荷和脉动力的作用使齿轮外表层深处产生脉动循环变化的剪应力，当这种剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触外表将产生疲劳裂纹，随着裂纹的扩展，最终使齿面剥落小片金属，在齿面上形成小坑，称之为点蚀。
当“点蚀〞扩大连成片时，形成齿面上金属块剥落。
此外，材质不均匀或部分擦伤，也容易在某一齿上首先出现接触疲劳，产生剥落。
(4)弯曲疲劳与断齿在运行过程中承受载荷的轮齿，如同悬臂梁，其根部受到脉冲循环的弯曲应力作用最大，当这种周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，并逐步扩展，当剩余部分无法承受传动载荷时就会发生断齿现象。
齿轮由于工作中严重的冲击、偏载以及材质不均匀也可能会引起断齿。
断齿和点蚀是齿轮故障的主要形式。
齿轮故障还可分为部分故障和分布故障。
部分故障集中在一个或几个齿上，而分布故障那么在齿轮各个轮齿上都有表达。
二、齿轮故障的原因产生上述齿轮故障的原因较多，但从大量故障的分析统计结果来看，主要原因有以下几个方面：1．制造误差齿轮制造误差主要有偏心、齿距偏向和齿形误差等。
偏心是指齿轮〔一般为旋转体〕的几何中心和旋转中心不重合，齿距偏向是指齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差，而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。
机器设备中常见的齿轮失效分析及预防措施
机器设备中常见的齿轮失效分析及预防措施齿轮传动广泛的用于各种机器设备。
在这些使用了齿轮传动的机器的工作过程中因工作环境以及载荷大小变化等原因，相互啮合的轮齿会产生轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等失效形式。
这些失效是由不同的因素所引起的，比如传动过程中的过载和交变应力会引起轮齿折断，而润滑的不足则会引起齿面磨损和齿面胶合。
针对这些失效形式前面已有不同的单位和人员花了大量的精力进行了研究和分析。
但是笔者认为都不够完善，在此再做较为全面的分析和总结，以期望为齿轮传动的发展做出自己的一点贡献。
下面就引起这几种不同失效形式的因素做出分析，并在分析的基础上提出预防和改进的措施。
一、齿轮失效的常见形式1、轮齿折断传动过程中，齿轮发生轮齿折断的主要因素有两个：一是因齿根受到交变应力的作用，引起的疲劳折断，一般发生在轮齿的齿根部分。
二是传动过程中载荷过大引起的过载断裂，极易发生在轮齿的节线到齿顶位置之间。
其他常见的折断形式还有因安装精度差中引起的局部折断和因制造过程中因材料缺陷和加工残余应力引起的随机折断。
2、齿面磨损齿面磨损的形式主要有两大类。
一是磨粒磨损，很多采用齿轮传动作为传动形式的设备工作环境比较恶劣。
比如农业机械，矿山机械和土方机械等。
在这些机械中一部分因制造成本的原因仍然采用的是开式齿轮传动，造成沙粒和粉尘等极易进入到相互结合的两个齿面之间引起磨损，导致两轮齿的侧隙增大，产生严重的振动和噪声。
二是跑合磨损，这种磨损对机器设备的正常传动是有好处的，因此在这里不做累述。
.3、齿面点蚀常见的齿轮传动重合度值均在较小范围，重合度的大小直接影响到传动过程中单对轮齿的受力情况。
重合度较小的齿轮传动一般会在节线附近让轮齿承受比较大的载荷。
在反复产生的脉动循环力和大载荷的长期同时作用下，齿轮就会产生疲劳断裂直至齿面发生金属脱落出现麻点。
4、齿面胶合对于一些大功率高转速的机器设备，在齿轮传动过程中，由于轮齿的齿面间的压力大，瞬时温度高等原因，齿面件的润滑油膜极易发生破裂，导致局部金属相互粘接。
齿轮故障的常见形式与原因
齿轮故障的常见形式与原因一、齿轮故障的常见形式齿轮由于结构型式、材料与热处理、操作运行环境与条件等因素不同，发生故障的形式也不同，常见的齿轮故障有以下几类形式。
(1)齿面磨损润滑油不足或油质不清洁会造成齿面磨粒磨损，使齿廓改变，侧隙加大，以至由于齿轮过度减薄导致断齿。
一般情况下，只有在润滑油中夹杂有磨粒时，才会在运行中引起齿面磨粒磨损。
(2)齿面胶合和擦伤对于重载和高速齿轮的传动，齿面工作区温度很高，一旦润滑条件不良，齿面间的油膜便会消失，一个齿面的金属会熔焊在与之啮合的另一个齿面上，在齿面上形成垂直于节线的划痕状胶合。
新齿轮未经磨合便投人使用时，常在某一局部产生这种现象，使齿轮擦伤。
(3)齿面接触疲劳齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动，而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反，从而产生脉动载荷。
载荷和脉动力的作用使齿轮表面层深处产生脉动循环变化的剪应力，当这种剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触表面将产生疲劳裂纹，随着裂纹的扩展，最终使齿面剥落小片金属，在齿面上形成小坑，称之为点蚀。
当“点蚀”扩大连成片时，形成齿面上金属块剥落。
此外，材质不均匀或局部擦伤，也容易在某一齿上首先出现接触疲劳，产生剥落。
(4)弯曲疲劳与断齿在运行过程中承受载荷的轮齿，如同悬臂梁，其根部受到脉冲循环的弯曲应力作用最大，当这种周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，并逐步扩展，当剩余部分无法承受传动载荷时就会发生断齿现象。
齿轮由于工作中严重的冲击、偏载以及材质不均匀也可能会引起断齿。
断齿和点蚀是齿轮故障的主要形式。
齿轮故障还可分为局部故障和分布故障。
局部故障集中在一个或几个齿上，而分布故障则在齿轮各个轮齿上都有体现。
二、齿轮故障的原因产生上述齿轮故障的原因较多，但从大量故障的分析统计结果来看，主要原因有以下几个方面：1．制造误差齿轮制造误差主要有偏心、齿距偏差和齿形误差等。
偏心是指齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重合，齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差，而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。
立磨减速机断齿原因分析及处理
３ 立磨 减 速 机齿 轮 断 齿 状况 ３１ Ａ企业 减 速 机齿 轮 断 齿情 况 ． 巡检 工 在 发 现 减 速 机运 行 声 音 异 常 后及 时上 报 ， 停
机 检 查发 现 减 速 机 弧 齿 大锥 齿 轮 断 齿 ， 由于 发现 及 时 没
度 只 有 齿 长 的 ４ ％左 右 （ ５ 。 ５ 图 ）
４３ 计算 齿 轮 啮合 的 总 重合 度 ． 大 端 分 度 圆 直 径 ｄ ５ ７７ ２× ３５ ．４ｘ０８ ３ ．— ４ ．÷１８ ．２・
３７ 拆 卸 高 速轴 检 查 情 况 （ ６ ． 冈 ） 减 速 机输 人 轴 和 大 伞 齿 轮 上 的 轴 承完 好 ， 紧轴 承 压 的螺 母 没有 松 动 （ ６ ） 弧 齿 小 锥 齿 轮轴 肩 有 轻 微 磨 损 冈 ａ；
１ 前 言
孑 发 现 的 ， 于 发 现 不 及 时 ， 成 减 速 机 弧齿 锥 齿 轮 副 Ｌ 由 造 出现不 同程 度 的损 坏 。断齿 照 片 见 图 ３、 。 ４
２ ０ 年 以前 的 ５ ０ ｔ ０８ ０ ０／ 泥 熟 料 生产 线 配用 的原 料 ｄ水
立 磨 减 速机 ， 为 Ｆ Ｅ Ｄ Ｒ减 速 机 ， 几 年 曾 发生 减 速 多 ＬＮ Ｅ 近
２ Ｋ Ｓ ７ 减 速 机结 构 图 （ １ ＭＰ ６ ５ 图 ）
１ ６ ｍ。 企 业 减 速 机 输 人 轴 的 窜 动 量 ２ ｒ ．ｍ Ｂ ５ ． ｍ。Ｂ 业 ３ ａ 企
在减 速 机 发 生 齿 轮 断 齿后 ， 查 另 外 ２台 ＫＭＰ ６ ５ 速 检 Ｓ７ 减 机 ， 现减 速机输入轴 的轴向窜动量分别是 １ ６ 发 ． ｍｍ和 ８ ２０ ．ｍｍ， 没有 出现 断 齿现 象 。 但 ３４ 齿轮 断齿 特 点 ． 破 坏断面不规则 ； 力 面断裂高度低于非受力 面 ； 受
汽车后桥弧齿锥齿轮失效分析
汽车后桥弧齿锥齿轮失效分析
高永强
【期刊名称】《金属加工：热加工》
【年(卷),期】2014(000)0z2
【摘要】越野车型后桥锥齿轮运行约3万km后,发现后桥漏油.拆开后轿发现从动锥齿轮断成两块.一半含11齿的小块记作S,已经掉下来.另一半含28齿大块记作L(一齿为各半),仍固定在支架上.传动轴上输入齿轮掉一齿.该小轮为9齿,大齿轮为38齿,传动比为i=4.22.当车速为l00km/h时发动机转速约3000r/min,变形箱五档速比为0.9.齿的断裂属过大弯曲应力断裂,前进(正转)及后退均有断齿.最后在后退(倒车)时造成齿的基背脆断,这是弯曲应力、轴向力及径向力综合作用的结果.研究认为齿圈的断齿及本体断裂起因于固定螺栓的松脱,支撑不稳,产生打齿,最后导致齿圈基背断裂.
【总页数】4页(P158-161)
【作者】高永强
【作者单位】郑州华威齿轮有限公司河南452370
【正文语种】中文
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机械传动齿轮失效问题分析与应对策略
机械传动齿轮失效问题分析与应对策略在机械传动系统中，齿轮是一种常见的传动元件，常用于传递动力和转速。
由于齿轮长期工作在高负荷和高转速的环境下，可能会发生齿轮失效的问题。
齿轮失效会导致传动系统的故障和停机，造成生产停工以及维修和更换齿轮的成本。
对齿轮失效问题进行分析并采取相应的应对策略，对确保机械传动系统的可靠运行至关重要。
齿轮失效通常可以分为以下几种类型：齿面磨损、齿面疲劳断裂、裂纹和齿面损坏。
齿面磨损是一种比较普遍的齿轮失效现象。
齿轮工作时，由于摩擦和载荷作用，齿面可能会逐渐磨损。
齿面磨损不仅会影响齿轮的传动效率，还会增加噪音和振动，并缩短齿轮的使用寿命。
分析齿面磨损的原因，主要有以下几点：润滑不良、载荷过大、工作温度过高等。
需要按时进行润滑、控制载荷以及保持适当的工作温度，以减少齿面磨损。
还可以通过齿面硬化和涂层来提高齿轮的耐磨性。
齿面疲劳断裂是一种齿轮常见的失效模式。
疲劳断裂通常发生在齿距逐渐产生裂纹并最终导致断裂的部位。
齿面疲劳断裂的原因一般有以下几点：载荷过大、应力集中、材料质量不良、几何尺寸设计不合理等。
为了减少齿面疲劳断裂的可能性，可以通过优化齿轮的几何尺寸和材料选择，改善工作条件，控制载荷，增加载荷分布均匀性，以及进行表面强化处理等。
裂纹是另一种可能导致齿轮失效的重要因素。
裂纹通常由于材料缺陷、应力集中和载荷过大等原因引起。
如果裂纹在工作过程中持续扩展，最终可能导致齿轮失效。
检测和修复裂纹是防止齿轮失效的重要手段。
常用的检测手段有超声波检测、磁粉探伤和光学检测等。
对于发现的裂纹，可以通过磨削、焊接或更换齿轮来进行修复。
齿面损坏是一种可能导致齿轮失效的另一原因。
齿面损坏通常是由于齿面载荷不均匀、设计不合理或制造缺陷等原因引起的。
齿面损坏可能会导致齿轮传动效果不佳、噪音增大以及齿面疲劳断裂等问题。
为了减少齿面损坏的发生，可以加强齿轮的硬度、改善齿轮的强度和刚度，优化齿面几何形状，提高加工质量和润滑条件等。
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大型弧齿锥齿轮齿端面开裂原因分析
刘晓荣，周明春，张学春
（北方重工沈矿集团热处理技术科，辽宁沈阳１１００４２）
Ｃａｕｓｅａ腿ｌｙｓｉｓｏｆｃｒａｃｌ【ｉｎｇｆｒｏｍ
ｅｎｄｐｌａｎｅｏｆｂｉｇｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌ
ｇｅａｒ
ＵＵ
Ｘｉａｏ－ｍｎｇ，ＺＨＯＵＭｉｎｇ—ｃｈｕｎ，ＺＨＡＮＧ
Ｘｕｅ－ｃｈｕｎ
（Ｈｅａｔ’Ｉｋａｔｍｅｎｔ
ＴｅｃｈＩｌｉｃａＬｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈｅｍＨｅａＶｙＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ
ＳｈｅｎｙａｎｇＭｉＩｌｉｎｇＭａｃｌｌｉｎｅｒｙＧｍｕｐ，
Ｓｈｅｎｙａｎｇ“ａｏｎｉｎｇ
１１
００４２，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＧｌ６２．７３；ＴＧｌ５７文献标识码：Ｂ
文章编号：０２５４＿６０５１（２∞８）０７删聊舵
我公司为某厂生产的弧齿锥齿轮中的被动大齿的是裂纹和非金属夹杂物，见图３ａ。图３ｂ是图３ａ箭
轮，在硬切工序后，有一半的齿轮在齿的小端端面７００头所指部位的放大，可以清晰看到裂纹是从非金属夹
锐角一侧出现掉碴（开裂）现象，掉碴尺寸约为１０ｍｍ杂物的尖角处产生并延伸和扩展的，还可看出大的裂
×８
ｍｍ×（１．５一Ｏ．５）ｍｍ，见图１。该弧齿轮材料为纹中派生出小的裂纹。
２０ＣｒＭｎＭｏ钢，制造工艺路线为：锻造＿正火＿粗车一
图４是掉碴断口扫描电镜形貌，显示出断口的脆
调质一半精车铣齿＿渗碳、淬火及回火＿＋精车、磨内孑Ｌ
性断裂特征，同时晶粒大小不均匀，出现了混晶。图
＿精铣齿（硬切）。笔者对弧齿轮整个生产过程进行
４ａ是沿晶断口的二次成像，图４ｂ是ａ的局部放大二
了跟踪，通过宏观和微观组织观察、显微硬度检测，分次成像，可以看出断口形貌呈明显的冰糖状；图４ｃ是
析了弧齿锥齿轮齿端面掉碴原因。图４ｂ的局部放大三次电子像，更进一步表明了脆性断
口及沿晶断裂。
２
分析与讨论
从图２断口的微观形貌和能谱分析可知，掉碴齿
端面的黑色组织是纯碳（是渗碳气氛中的碳原子组
成）而不是化合碳，因为它的硬度只有３８．５ＨＲｃ，如
果是化合碳应该达到６０ＨＲＣ以上，况且经过三次抛
光后已不复存在。这种碳是在渗碳过程中，炉气中的
图１掉碴断口的宏观形貌
Ｆｉｇ．１Ｍａｃｒｏ・ｍｏｒｐｈｏｌｏ舒ｏｆｔ｝ｌｅｇｅａｒ
ｃｒ∞ｋｉｎｇ
１
宏观及微观分析
观察齿轮掉碴处的断口宏观形貌，没有明显的宏
观塑性变形，断口晶粒粗大。在光学显微镜下观察掉
碴口，发现在白色（低碳马氏体）的基体上均匀分布着
黑色团状（鞋履状）组织，见图２，经测试基体平均硬度
为４６８ＨＶ（４８
ＨＲＣ）；黑色组织硬度为３６２ＨＶ（３８．５
ＨＲｃ）。对黑色组织及基体成分进行能谱分析结果显
示，黑色组织中的碳含量约是基体的４倍，而铁含量则
与此相反。将经电镜观察后的试样进行三次抛光腐
蚀，发现黑色团状已不存在，在光学显微镜下显示出来
作者简介：刘晓荣（１９６２一），女，辽宁沈阳人，高级工程师，主要
从事齿轮的渗碳热处理工艺和生产工作，发表论文３篇。联系电话：０２４—６２１６４６４４Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｆｚ西ｘｒ＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２００８＿０３旬５｜冬ｊ２掉碴断口微观形貌
Ｆｉｇ．２
Ｍｉｃｍ铲印ｈ
ｏｆｔ｝ｌｅｆｈｃｔｕｒｅ
《金属热处理》２００８年第３３卷第７期
万方数据
碳原子沿裂纹缝隙渗入到内部，并附着在两侧表面上，
形成均匀分布的黑色团状（鞋履形）组织，经三次抛光
后便很快消失，说明此层很薄。
从图３可以看出裂纹源来自夹杂物的尖端（此时
为显微裂纹）经过渗碳淬火的热应力与组织应力综合
作用使其扩展，金相照片所显示的长条形裂纹便说明
了此问题。当对齿轮进行硬切时由于外加的切削应力
使其进一步扩大、加深、加长，掉碴处于若即若离状态，
只要用手触摸便脱落下来。
跟踪生产齿轮全过程可知，该齿坯锻件的钢锭
利用率过高，锻造时将冒口内的非金属夹杂物打到
了齿坯中，由于只进行了墩粗，将钢锭中心部位的夹
杂物打到齿坯内孔周围（齿顶圆的齿未发现掉碴），
致使锥齿轮小端夹杂严重；又由于锻造比不够，夹杂
图３断｜１的低倍组织和裂纹处的放大照片
物没有充分破碎，疏松、气孔、缩孔等缺陷未能焊合，
Ｆｉｇ．３Ｍａｃｍ。ｔｍ。ｔｕｒｅａｎｄｍｉ。ｍ。。。ｐｉｃ
ｉｎｃｒａｃｋ０ｆｔＩｌｅ
ｆ‰ｔｕｒｅ
形成了大量的显微裂纹源，一旦应力释放后便产生
（ａ）×１００（ｂ）×４００
显微裂纹。
图４掉碴断Ｕ扫描电镜形貌
Ｆｉｇ．４ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｂｍｋｅｎｐｉｅｃｅｓ
ｆ‰ｔｕ∞
混晶是渗碳齿轮锻件的必然缺陷，必须经过预纹起源于夹杂物的尖角及疏松未焊合处的显微裂
先热处理（等温正火或高温正火＋高温回火）加以消
纹。
除，获得等轴晶粒的细片状珠光体。混晶将导致微
（３）黑色组织是游离碳，不是化合碳（Ｆｅ，Ｃ），它
观成分偏析，形成不均匀的淬火马氏体、残留奥氏
来自于渗碳气氛中碳原子。
体，降低齿轮强度，是导致齿轮失效的又一原因。跟
把好锻件（齿坯）进厂质量关，按照渗碳齿轮用钢
踪调查还发现，在实际生产过程中，渗碳淬火之前，
标准引进锻件。严格遵守工艺规程，保质保量完成预
由于生产进度等多种原因，未进行任何预备热处理
先热处理工序。
（正火或调质）。
参考文献：
３结语及改进措施
Ｈ
３篇署嚣篙，涕三版涕
（１）锻件齿坯进厂后未进行任何热处理，因此齿
［２］陈国民．论我国渗碳齿轮制造中的若干问题［Ｊ］．２００７年
坯中的混晶没有被消除，降低了锻件的强度；钢锭利用
（长春）齿轮渗碳淬火技术专题研讨会论文译文集，
率过高，锻造比不合理，为显微裂纹的形成创造了条
２００ｒ７．
件，为形成黑色组织及产生掉碴埋下了隐患。
［３］康大韬，叶国斌．大型锻件材料及热处理［Ｍ］．北京：龙门
（２）掉碴是由于齿坯先天性裂纹引起的，而此裂
书局，１９９８．
１００
《金属热处理》２００８年第３３卷第７期
万方数据