齿轮齿面裂纹产生原因的分析及应对措施

齿面齿轮遥 齿轮齿面裂纹在生产制造中时有产生袁近
渊2冤 热处理遥 材料热处理分为预热处理和最终热
期在一批次齿轮制造中发生了严重的齿面裂纹质量问 处理袁 预热处理形成的基体组织对最终热处理有较大
题遥笔者针对这一问题进行分析研究袁并提出针对性的 影响遥 热处理环节中容易引起齿面开裂的因素有碳势
解决方案遥
火尧喷砂尧磨端面和外圆尧磨齿遥
齿轮齿面裂纹往往由多方面原
因导致袁以下逐一进行分析遥
渊1冤 原材料遥 原材料的化学成分
收稿日期院圆园员8 年 3 月
银图 1 齿轮齿面裂纹
银图 2 典型开裂齿轮
72 圆园18 辕 8
机械制造 56 卷 第 648 期
制 造·材 料
形成磨削裂纹遥 磨削裂纹一般垂直于齿长方向袁呈细碎 状不规则分布袁如果不能及时发现袁后期会导致齿面剥 落咱5暂遥
文献标志码院B 文章编号院员园园园 原 源怨怨愿渊圆园员8冤08原 园园72原 园3
Abstract院 Cracks at flank of tooth are a common quality problem in gear machining. Based on an
example袁 the causes of cracks were analyzed and tested. Through research袁 the main causes of cracks at
分布尧表面碳浓度尧碳化物级别等咱3暂遥 本案例中最终热
某型号减速机齿轮经渗碳淬火磨削后袁 在整机装 处理为渗碳淬火袁根据标准表面碳浓度应控制在 0.8%
配试 车过 程 中 发 生 异 响 袁 经 拆 机 检 查 发 现 代 号 为 耀1%之间遥 根据国内有关研究袁并结合笔者公司多年实
M718.1.1.16.15 的齿轮齿面产生不同程度的裂纹袁有的 际经验袁 碳浓度在 0.7%耀0.8%之间将得到较理想的表
该 齿 轮 模 数 为 10 mm袁 齿 数 为 31遥 材 料 为 较大的拉应力遥如果应力值超过材料的抗拉强度袁将会
20Cr2Ni4A 合金钢袁 热处理工艺为渗
碳淬火袁表面洛氏硬度渊HRC冤要求为
58耀62袁淬硬层深度为 2.1耀2.5 mm咱1暂遥
工艺路线为锻造尧粗车尧预热处理尧半
精车尧精车尧滚齿尧渗碳尧去碳层尧淬
渊1冤 化学成分分析结果见表 1遥 渊2冤 表面碳浓度为 0.95%耀1%遥 渊3冤 金相组织由四部分组成院淤 马氏体及残余奥 氏体袁3 级袁细针状马氏体袁30%残余奥氏体曰于 碳化物 级别袁4 级袁 细颗粒状碳化物+呈断续网状分布的块状 碳化物曰盂 心部组织袁2 级袁低碳马氏体+不明显的游 离铁素体曰榆 晶粒度袁6.5 级遥 渊4冤 显微硬度及有效硬化层深度左齿面为 2.959 mm袁右齿面为 3.267 mm遥 渊5冤 非金属夹杂物为 A 型尧B 型尧C 型尧D 型和 DS 型五种类型袁级别均为 0.5 级遥 渊6冤 心部洛氏硬度渊HRC冤为 47.5遥
flank of tooth were obtained袁 and specific countermeasures were proposed.
Key Words院 Gear Crack Analyses Inspection
1 裂纹情况
对材料机械性能及热处理质量有直接影响袁 不同牌号 合金钢有不同的热处理工艺袁 如果合金元素不符合标
制 造·材 料
齿轮齿面裂纹产生原因的分析及应对措施
□王伟 太重煤机有限公司 重型减速机公司 太原 030032
摘 要院齿轮齿面裂纹是齿轮加工中经常出现的质量问题袁基于一起实例对裂纹产生的原因进行了
分析和检验遥 通过研究得出了齿轮齿面裂纹产生的主要原因袁并提出应对措施遥
关键词院齿轮 裂纹 分析 检验
中图分类号院TH132.41
齿轮作为一种常见的机械传动方式袁 在各行各业 准规定袁会导致材料在热处理过程中产生硬度值偏差尧
有着广泛应用袁具有传动可靠性与效率高尧速比恒定等 开裂等问题咱2暂遥 另外原材料中的碳含量过高或磷尧硫尧
特点遥笔者公司专业制造煤矿输送机减速器袁齿轮采用 氧尧氢杂质超标袁以及锻造过程中形成的白点尧气孔尧夹
低碳铬镍合金钢材料袁 经渗碳淬火磨齿得到高精度硬 杂等因素也会导致齿轮开裂遥
4 应对措施
通过一系列检测袁 可知该零件存在以下问题院淤 网状碳化物级别高袁残余奥氏体含量高曰于 有效硬化 层深度超差曰盂 心部硬度高曰榆 表面碳浓度较高曰虞 齿面存在一定程度的烧伤曰愚 回火导致齿面硬度值降 低遥
综上所述袁 可得出结论院该 齿轮齿面产生裂 纹的原因在于渗 碳过程中碳势浓 度高和渗碳时间 过长袁 在淬火后 形成网状碳化 物袁 淬硬层深度 过深曰 淬火前的
银图 3 检测现场
化学成分
标准质量 分数
实测值
C
0.17%耀 0.23%
0.23%
回火不充分袁导致残余奥氏体含量大袁同时可能存在淬 火温度和冷却速度不合理的问题曰齿轮磨削时袁在磨削 热的作用下袁齿面发生残余奥氏体转变袁形成拉应力袁 再加上网状碳化物割裂了连续的金属组织袁 导致齿面 裂纹咱6暂遥 可见袁导致齿轮裂纹的主要原因为热处理质量 问题袁次要原因为磨削袁所以应对措施应该考虑全面袁 确保此类质量问题不再发生遥 4.1 热处理方面
3 项目检验及结果
在损坏的齿轮中进行整条齿取样袁并切片检查遥 通 过对齿面开裂的表现形式和可能原因的分析袁 进行了 原材料化学成分尧金相组织尧表面碳浓度尧显微硬度检 测遥 应用的检测设备有 DM4000M 金相显微镜尧FMARS9000 全 自 动 显 微 硬 度 计 尧CS844 碳 硫 分 析 仪 尧 iCAP6300 原子发射光谱仪遥 检测现场如图 3 所示遥
已经大面积凸起袁有的分布数道横向裂纹袁齿面有变色 面硬度及均匀的金相组织咱4暂遥 如果在热处理中表面碳
状况袁齿轮端面目测可见黑色附着物袁如图 1 和图 2 所 浓度过高或者形成带状尧网状等形态的碳化物袁这些碳
示遥
化物极易导致齿面开裂遥
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2 裂纹原因分析
渊3冤 磨削加工遥 齿轮在磨削过程中会产生大量的 磨削热袁如果热量不能够及时散发袁将在齿轮表面形成