S40C钢制齿轮表面裂纹产生原因分析
发布时间：2021-01-16 23:20
S40C钢制齿轮服役一段时间后,单个齿面出现裂纹状缺陷。采用宏微观分析、金相检验、显微硬度测试等方法,对该齿轮缺陷产生的原因进行分析。结果表明:齿面裂纹状缺陷为接触疲劳所致,造成局部接触疲劳裂纹产生的根源是齿面存在磨削烧伤,显著降低齿面硬度,改变齿面强度梯度分布,在循环啮合作用下出现接触疲劳开裂。进一步地,对感应淬火齿轮齿面硬度降低的影响因素进行详尽的阐述,并结合不同啮合状态下齿轮强度曲线和剪切应力曲线之间的相互关系,论述常见的齿轮剥落现象及失效机理。
【文章来源】：失效分析与预防. 2020,15(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
齿根弯曲和齿面啮合
齿轮磁粉检测显示形貌如图2所示，裂纹位置位于节圆附近（图2虚线箭头），整体呈封闭形貌，且与齿面磨加工方向呈小角度（<15°）交叉，用手触摸有毛刺感。就齿面裂纹而言，根据T形法则可判断图2中虚线箭头所指裂纹优先形成，后续分别向齿顶和齿根方向扩展形成二次裂纹，这与齿轮在服役过程中双向运行有关。微观形貌检查发现，裂纹周边磨齿痕迹清晰可见，沿啮合方向存在轻微磨损迹象，此为开裂后因边缘上翘引发的局部磨损，裂纹腔内未见异物填充，两侧耦合性良好（图3）。
1）根据接触疲劳裂纹扩展特征可推测出裂源位于图4a中红色圆圈处，该处距离齿面约0.4 mm，裂纹萌生后沿红色虚线箭头方向扩展。值得提出的是，根据理论计算，齿轮最大赫兹应力恰好位于齿面下0.3～0.4 mm位置。2）采用4%（质量分数）硝酸乙醇对图4a中检测面进行浸蚀，发现距离齿面约0.5 mm范围颜色发黑，较次表层更易浸蚀变色（图4b），推测齿面可能存在“高温回火”现象。3）显微硬度测试结果见图5，距离表面50μm处硬度约HV1 420，较正常区域低约HV1 150，“低硬度区”总深度达0.5 mm，这与图4a中主裂纹扩展深度、图4b中腐蚀形貌均吻合。4）各部位显微组织见图6，各组织及其硬度见表2，证实缺陷处齿面确实存在回火现象，正常齿面组织根据JB/T 2008《钢件感应淬火金相检验》评定为4级。图4 金相试样低倍形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械加工零件表面烧伤的金相检验[J]. 焦丽,赵英军,徐向阳. 热处理. 2019(04)
[2]磨削烧伤和磨削裂纹的预防措施[J]. 薄鑫涛. 热处理. 2019(01)
[3]齿轮疲劳失效分析与工艺参数优化[J]. 于海旭. 失效分析与预防. 2018(03)
[4]高速动车组斜齿轮的齿根裂纹萌生寿命数值计算[J]. 李秀红,李刚,任家骏,李文辉. 中国机械工程. 2018(09)
[5]基于ANSYS Workbench的齿轮弯曲疲劳寿命分析[J]. 刘本学,郭沛东,徐科飞,张二亮. 机械设计与制造. 2018(02)
[6]高速列车齿轮传动系统主动齿轮接触疲劳可靠性研究[J]. 王起梁,叶小芬. 机车车辆工艺. 2013(01)
[7]齿面接触疲劳点蚀的产生机理[J]. 李钝,姜海翔,文圣香. 荆楚理工学院学报. 2012(04)
[8]论我国渗碳齿轮制造中的若干问题(下)[J]. 陈国民. 机械工人(热加工). 2007(12)
[9]论我国渗碳齿轮制造中的若干问题(中)[J]. 陈国民. 机械工人(热加工). 2007(11)
[10]机械零件失效分析讲座——第4讲 齿轮的失效分析（二）[J]. 朱孝录. 机械工人.冷加工. 1999(04)
硕士论文
[1]渐开线斜齿轮弯曲疲劳强度分析与试验方法研究[D]. 封楠.机械科学研究总院 2019
本文编号：2981729
【文章来源】：失效分析与预防. 2020,15(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
齿根弯曲和齿面啮合
齿轮磁粉检测显示形貌如图2所示，裂纹位置位于节圆附近（图2虚线箭头），整体呈封闭形貌，且与齿面磨加工方向呈小角度（<15°）交叉，用手触摸有毛刺感。就齿面裂纹而言，根据T形法则可判断图2中虚线箭头所指裂纹优先形成，后续分别向齿顶和齿根方向扩展形成二次裂纹，这与齿轮在服役过程中双向运行有关。微观形貌检查发现，裂纹周边磨齿痕迹清晰可见，沿啮合方向存在轻微磨损迹象，此为开裂后因边缘上翘引发的局部磨损，裂纹腔内未见异物填充，两侧耦合性良好（图3）。
1）根据接触疲劳裂纹扩展特征可推测出裂源位于图4a中红色圆圈处，该处距离齿面约0.4 mm，裂纹萌生后沿红色虚线箭头方向扩展。值得提出的是，根据理论计算，齿轮最大赫兹应力恰好位于齿面下0.3～0.4 mm位置。2）采用4%（质量分数）硝酸乙醇对图4a中检测面进行浸蚀，发现距离齿面约0.5 mm范围颜色发黑，较次表层更易浸蚀变色（图4b），推测齿面可能存在“高温回火”现象。3）显微硬度测试结果见图5，距离表面50μm处硬度约HV1 420，较正常区域低约HV1 150，“低硬度区”总深度达0.5 mm，这与图4a中主裂纹扩展深度、图4b中腐蚀形貌均吻合。4）各部位显微组织见图6，各组织及其硬度见表2，证实缺陷处齿面确实存在回火现象，正常齿面组织根据JB/T 2008《钢件感应淬火金相检验》评定为4级。图4 金相试样低倍形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械加工零件表面烧伤的金相检验[J]. 焦丽,赵英军,徐向阳. 热处理. 2019(04)
[2]磨削烧伤和磨削裂纹的预防措施[J]. 薄鑫涛. 热处理. 2019(01)
[3]齿轮疲劳失效分析与工艺参数优化[J]. 于海旭. 失效分析与预防. 2018(03)
[4]高速动车组斜齿轮的齿根裂纹萌生寿命数值计算[J]. 李秀红,李刚,任家骏,李文辉. 中国机械工程. 2018(09)
[5]基于ANSYS Workbench的齿轮弯曲疲劳寿命分析[J]. 刘本学,郭沛东,徐科飞,张二亮. 机械设计与制造. 2018(02)
[6]高速列车齿轮传动系统主动齿轮接触疲劳可靠性研究[J]. 王起梁,叶小芬. 机车车辆工艺. 2013(01)
[7]齿面接触疲劳点蚀的产生机理[J]. 李钝,姜海翔,文圣香. 荆楚理工学院学报. 2012(04)
[8]论我国渗碳齿轮制造中的若干问题(下)[J]. 陈国民. 机械工人(热加工). 2007(12)
[9]论我国渗碳齿轮制造中的若干问题(中)[J]. 陈国民. 机械工人(热加工). 2007(11)
[10]机械零件失效分析讲座——第4讲 齿轮的失效分析（二）[J]. 朱孝录. 机械工人.冷加工. 1999(04)
硕士论文
[1]渐开线斜齿轮弯曲疲劳强度分析与试验方法研究[D]. 封楠.机械科学研究总院 2019
本文编号：2981729
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/2981729.html
