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    減速機齒輪軸開裂失效分析

    發布時間:2020-09-17 23:36:00 點擊:

      泰興減速機專業生成廠家泰強減速機2020年9月17日訊  18CrNiMo7-6鋼齒輪軸在機加工結束后,發現齒輪軸開裂。利用化學成分分析、掃描電鏡觀察、能譜分析等方法,對開裂原因進行分析。結果表明:齒輪軸原材料在冶煉過程中,保護渣混入鋼水中;材料中脆性夾雜物破壞了材料的連續性,形成缺口和應力集中,在殘余應力的作用下,齒輪軸發生延遲開裂。

       

      關鍵詞:18CrNiMo7-6;齒輪軸;殘余應力;開裂

       

      18CrNiMo7-6屬于低碳低合金滲碳鋼,主要應用于制造高速、重載火車的電力機車、動力車的齒輪、齒輪軸、輪轂及左右連軸器等零部件[1]。在生產與使用過程中齒輪軸容易發生開裂現象,雷旻[2]研究了 18CrNiMo7-6 齒輪軸裂紋源萌生于高速軸鍵槽的受力處,該處表面硬度沒有達到設備制造方提供圖紙要求,屈服強度低,無有效的表面強化硬化層是導致齒輪軸疲勞開裂的原因。吳佳俊[3]研究了齒輪軸裂紋位于軸部,是由于原材料中存在氧化鋁類夾渣,在殘余應力作用下引起的裂紋。本文從宏觀形貌、成分、性能等方面進行研究分析,并根據分析總結,提出解決方案。

       

      本文研究對象齒輪軸最大直徑為?200mm,軸與齒部采用滲碳處理。齒輪軸工序為:電爐冶煉→LF→VD→圓坯連鑄→鍛造→退火→探傷→滾齒→滲碳、淬火→噴丸→精車→磨外圓、研磨中心孔→銑鍵槽→精磨→磨齒→磁粉探傷。齒輪軸在加工完放置過程中齒輪與鍵槽處發生開裂。為確定齒輪軸開裂原因,進行一系列檢驗與分析,避免類似事件再次發生。

       

      1  檢測分析

       

      1.1 宏觀分析

       

      齒輪軸斷裂部位宏觀照片與斷口宏觀照片如圖1所示。裂紋從鍵槽一側根部開裂,如圖1(a)所示。圖 1(b)為斷口宏觀形貌,斷面上存在明顯的放射狀條紋,由鍵槽根部向外擴展,向齒頂部位延伸并發生斷裂,放射狀條紋的收斂區域應為裂紋源區。


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      圖1  齒輪軸開裂照片

       

      1.2 成分檢驗

       

      按 GB/T4336 檢測方法,采用直讀光譜儀對試樣進行成分檢測,檢測結果見表 1,可知齒輪軸斷 裂處化學成分符合標準成分。

       

      表1   化學成分(wt,%)

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      1.3 掃描電鏡觀察

       

      將斷口在掃描電鏡下觀察,如圖 2 所示,可見裂紋源處為沿晶裂紋,呈冰糖狀沿晶斷口,局部存在二次裂紋。同時經能譜儀分析,如圖3所示,斷口處存在 O、Si、Ca、Al 元素,存在氧化鋁、氧化鈣,氧化硅類物質,表明斷口處含有脆性夾雜物。


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      圖2  齒輪軸斷口的掃描電鏡形貌

       

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      圖3  能譜分析圖

       

      1.4 金相分析

       

      將齒輪軸斷裂處切取橫向試樣,拋磨后對試樣進行金相檢驗,金相組織為回火馬氏體,如圖4所示,組織正常,未發現脫碳、增碳等異?,F象,可判斷裂紋發生在滲碳淬火之后,同時排除材料過燒。


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       圖4  顯微組織形貌

       

      2  分析與討論

       

      通過以上理化檢驗分析,齒輪軸的化學成分符合技術條件要求。斷口處的組織為回火馬氏體,組織正常,未發現脫碳、增碳等異?,F象。從斷口的宏觀形貌可以看出斷面上存在明顯的放射狀條紋,由鍵槽根部向齒頂部位延伸并發生斷裂,放射狀條紋的收斂區域應為裂紋源區。將裂紋源處在掃描電鏡下觀察,裂紋源為沿晶斷裂,局部呈冰糖狀斷口形貌,經能譜分析,此處存在氧化鋁、氧化鈣,氧化硅物類質,應是冶煉過程中保護渣卷入鋼水中。再結合該零件的加工制造工序分析,判斷該齒輪軸是在淬火、回火后開裂。在淬火、低溫回火后,齒輪軸存在較大的殘余應力,尤其是在構件截面突變處的局部區域內,鍵槽根部存在很大的殘余應力,而脆性夾雜物的存在破壞了材料的連續性,殘余應力在脆性夾雜物周圍的不連續區集中釋放,進而造成齒輪軸發生延時開裂。

       

      3   結論及建議

       

      1)該齒輪軸由于脆性夾雜物破壞了材料的連續性,在較大的殘余應力下發生的延時開裂。


      2)冶煉過程需嚴格把控,避免保護渣等外來夾雜物進入鋼水中。

       

      作者

      建龍北滿特殊鋼有限責任公司技術中心

      張澤春 賈俊林 趙艷榮

       

      參考文獻

      [1] 莫光有.18CrNiMo7-6鋼電渣重熔工藝研究

      [2] 雷旻,梁益龍,萬明攀,楊偉,田琴,凌敏.減速機高速齒輪軸斷裂失效分析

      [3] 吳佳峻.18CrNiMo7-6鋼齒輪軸開裂失效分析

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