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记录号：JS-AL-转动设备（轴承和齿轮）-021 伞齿轮齿面崩落分析 摘要：某一伞齿轮（轴）在使用中失效——在伞齿部位齿面发生大片块状崩落，如图1所示。 崩落均发生在齿的承载一侧齿面，主要在啮合区域内，并波及到齿顶。伞齿轮（轴）材料为 20CrMnTi ，经锻造成毛坯—正火（880℃，1h，空冷）—机加工—渗碳（930℃，气体渗碳）， 伞齿部分再经高频淬火处理后磨削加工。分析结果表明渗碳时碳浓度过高，造成碳化物大量 出现，导致组织的脆性增加。同时，由于未整体淬火，心部组织处正火态，强度较低，更容 中中 易在齿的承载啮合面上萌生脆性开裂。在运行中，裂纹不断沿切向发展，最终导致大片崩落。 关键词：伞齿轮；啮合面；脆性开裂 材料种类/牌号：合金结构钢/20CrMnTi 概述 国国 某一伞齿轮（轴）在使用中失效——在伞齿部位齿面发生大片块状崩落，如图1所示。 崩落均发生在齿的承载一侧齿面，主要在啮合区域内，并波及到齿顶。 应应 急急 分分 析析 图1 失效伞齿轮（轴）外形，崩落断面呈脆性断口形态 伞齿轮（轴）材料为20CrMnTi ，经锻造成毛坯—正火（880℃，1h，空冷）—机加工— 渗碳（930℃，气体渗碳），伞齿部分再经高频淬火处理后磨削加工。 网网 测试过程与结果 断口分析 崩落断口十分粗糙，未见明显变形，呈脆性断口，见图1。 金相检验 在齿的法向截取金相试样，可看到渗层组织为针状马氏体、块和粒状碳化物及残余奥 氏体，碳化物在齿顶处更为聚集，如图2所示。表明渗碳时碳浓度过高，造成碳化物大量出 现，导致组织的脆性增加。同时，由于未整体淬火，心部组织处正火态，强度较低，更容易 在齿的承载啮合面上萌生脆性开裂。在运行中，裂纹不断沿切向发展，最终导致大片崩落。 1 中中 图2 齿的法向截面试样，经4％硝酸酒精溶液浸蚀 如图2所示，齿顶处形貌：黑色细针状马氏体、块和粒碳化物及残余奥氏体。按 国国 QC/T262-1999《汽车渗碳齿轮金相检验》标准，碳化物可评为7～8级。这种组织使用中易开 裂及脆性剥落。 结论 应应 分析结果表明渗碳时碳浓度过高，造成碳化物大量出现，导致组织的脆性增加。同时， 由于未整体淬火，心部组织处正火态，强度较低，更容易在齿的承载啮合面上萌生脆性开裂。 在运行中，裂纹不断沿切向发展，最终导致大片崩落。 参考文献 急急 [1]黄振东.钢铁金相图谱.北京：中国科技文化出版社，2005，1196 页. 分分 资料整理人：王冬梅 国家钢铁材料测试中心 析析 审核人： 吴伯群 国家钢铁材料测试中心 网网