(2.138)--齿轮断裂-热处理问题.ppt

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1、振动压路机驱动桥齿轮的失效分析宏观形貌分析从从失效齿轮外观可以看出失效齿轮外观可以看出 :主动齿轮的主动齿轮的齿面出现齿面出现严重磨损严重磨损 ,齿顶磨成刀刃状齿顶磨成刀刃状 ,有有 3 个轮齿的个轮齿的 4 处发生处发生深层剥落深层剥落 ,即即局部发生大块剥落局部发生大块剥落 ,剥落深度约剥落深度约等于等于整整个硬化层的深度个硬化层的深度 ;从动齿轮齿面出现严从动齿轮齿面出现严重磨损重磨损 ,硬化层大部分地方全部磨掉硬化层大部分地方全部磨掉 ,其磨损程度凹面其磨损程度凹面大于凸面大于凸面 ,齿顶硬化层齿顶硬化层及部分心部金属全部磨去及部分心部金属全部磨去 ,并有明并有明显的断裂显的断裂现象。

2、现象。该对弧齿锥齿轮在该对弧齿锥齿轮在 YZ 10 液压振动压路机驱动桥中使用液压振动压路机驱动桥中使用 ,为了为了获得表面髙硬耐磨心部获得表面髙硬耐磨心部强韧性好的强韧性好的性能，进行了性能，进行了表面碳氮共渗表面碳氮共渗处理后再淬火加低温处理后再淬火加低温回火回火的热处理。该压路机的热处理。该压路机运行运行约约 400h,出现齿轮严重磨损并失效。失效出现齿轮严重磨损并失效。失效齿轮的外观形貌如图齿轮的外观形貌如图1 所示所示 ：主动齿轮性能检测 对失效的主动齿轮进行检测对失效的主动齿轮进行检测,表面表面硬度约硬度约60HRC,心部硬度心部硬度约约 (36-38)HRC,由由显微组织显微组织

3、确定的确定的渗层渗层深度深度约约为为 (0.95-1.00)mm,均符合技术要均符合技术要求。求。对对渗层的渗层的金相组织金相组织进行进行分析可知分析可知:共共渗表层为密集带状的碳氮渗表层为密集带状的碳氮化合物化合物,深度深度约约为为 0.05mm,次层为针状次层为针状马氏马氏体和少量的残留体和少量的残留奥氏体奥氏体,无非无非马氏体马氏体的的不良组织不良组织,表层表层的金相组织如的金相组织如图图 2a 所示所示;轮齿轮齿心部的心部的金相金相组织为低碳组织为低碳马马氏体氏体,无无未溶未溶铁素体铁素体,如如图图 2b 所所示。示。主动齿轮性能检测 用显微硬度计测得的渗层硬度分布曲线如图 3 所示,

4、表层的碳氮化合物区的硬度很高,次层的少量残留奥氏体未引起硬度的明显降低,整个硬化层的硬度值及分布均良好,有效硬化层深度也较深。按此测定结果所确定的共渗层总深度约1.0mm。综合以上分析,说明主动齿轮热处理质量较好。从动齿轮性能检测 对失效从动齿轮的检测可知；表层硬度约60HRC，符合技术要求;心部硬度约(2829)HRC,低于技术要求的(3542)HRC;显微组织确定的渗层深度约为 0.90mm,符合技术要求。对渗层的金相组织进行分析后可知:共渗表层为密集堆积状的碳氮化合物,分布深度在 0.10 mm以上,如图 4a 所示。次层为隐针马氏体组织,再次层为点状及爪状二次碳化物加隐针马氏体和非马氏

5、体组织。整个共渗层看不到针状马氏体和残留奥氏体的痕迹,表明该齿轮的基体中碳氮元素的饱和度不高;轮齿心部的金相组织为低碳马氏体及大量的未溶铁素体,如图 4 b 所示。从动齿轮性能检测 显微硬度计测得的渗层硬度分布曲线如图 5 所示。由图可知:除表层碳氮化合物区具有高硬度外,其余区域的硬度值均较低,由表层的高硬度层突然降至很低硬度,而且有效硬化层深度很浅,这样的硬度分布显然是不好的。失效原因分析 根据根据上述分析上述分析 ,可得出该对齿轮的早期可得出该对齿轮的早期失效失效的原因的原因主要是主要是 :从动齿轮从动齿轮的表层有密的表层有密集堆积状的高集堆积状的高硬度硬度碳氮化合物碳氮化合物 ,次表层金

6、次表层金属的硬度很低属的硬度很低 ,其支撑其支撑能力很能力很差差 ,在重载在重载工作条件下工作条件下 ,从动轮表层的碳氮化物层从动轮表层的碳氮化物层首先剥落首先剥落(其形貌如图其形貌如图 6 所示所示),较软的基较软的基体金属体金属发生发生快速磨损快速磨损 ,直至直至报废报废。在此在此过过程中程中 ,主动轮也主动轮也由于啮合由于啮合状态的恶化状态的恶化 ,使使磨损加剧磨损加剧 ,直至硬化层减少到直至硬化层减少到不能不能承受外承受外加负荷时加负荷时 ,在齿面接触应力最大的区域在齿面接触应力最大的区域引引起起大块状的硬化层剥落而失效大块状的硬化层剥落而失效 。失效原因分析 导致从动轮导致从动轮共共

7、渗层质量不良的工艺渗层质量不良的工艺因素因素主要是主要是 :共渗处理温度偏低共渗处理温度偏低 ,由此而由此而引起共渗表层碳氮引起共渗表层碳氮化合物化合物的堆积和基体碳氮饱和度的降低的堆积和基体碳氮饱和度的降低 ;共渗处理后的加热共渗处理后的加热淬火温度淬火温度偏低偏低 ,致使心部出现大量的未溶铁素体致使心部出现大量的未溶铁素体 ,进而进而引起心部硬度的明显降引起心部硬度的明显降低低 ;在在共渗处理后的加热淬火共渗处理后的加热淬火时时 ,该该齿轮的共渗层发生较为明显齿轮的共渗层发生较为明显 的脱碳现象的脱碳现象 ,由此由此引起引起次表层基体强度的降低次表层基体强度的降低 。主动齿轮磨损到一定。主动齿轮磨损到一定程度程度后后 ,多处发生的多处发生的深层剥落失效表明深层剥落失效表明 ,在啮合状态在啮合状态不良不良的情况下的情况下 ,即使符合技术要求的主动轮即使符合技术要求的主动轮 ,其硬化层深度也显得不足其硬化层深度也显得不足 。