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大齿轮开裂的研究分析

发布时间:2021-07-21 11:25:25人气:

  大齿轮开裂的研究分析

  目前,大齿轮已经成为许多机械产品不可缺少的组成部分,广泛应用于各种传动机构中。它通过轮齿啮合在空间的两轴之间传递运动和动力,同时还承受较大的冲击载荷、交变弯曲应力和接触应力。在大齿轮的制造阶段,特别是热处理后的加工过程中,齿顶和齿根经常出现裂纹。

  本文以采煤机大齿轮为研究对象,齿轮材料为18Cr2Ni4WA。渗碳齿轮钢具有良好的淬透性和冲击韧性,渗碳淬火后具有高的接触疲劳强度、疲劳极限、硬度和耐磨性。在储存过程中,发现几个大型双轴齿轮的齿顶有裂纹。除了裂纹的数量之外,裂纹的形状和位置是相似的。

  1.理化分析

  (1)宏观分析

  大齿轮的裂纹部分位于齿的顶部(即从齿顶到节圆)。裂纹深度4~7mm,裂纹基本垂直于轴线。相邻几个齿的裂纹方向基本一致,可以连成一条线,属于横向裂纹。

  (2)化学成分分析

  在齿根下部取样,酸浸样品上没有明显的疏松或偏析。

  (3)裂纹形貌分析

  裂缝的线条看起来很柔软,末端又圆又秃。带状夹杂物是由齿轮复杂的锻造成形引起的,这两个步骤是分开形成的。齿轮台阶成形时,中间材料横向延伸,齿轮外圆方向没有足够的锻造比,导致非金属夹杂物伸长。

  (4)金相组织

  用NEOPHOT-21光学显微镜观察了未裂牙、中心牙和裂牙的金相组织。大齿轮有效硬化层为0.998mm,表面硬度为58.9~61.0HRC,芯部硬度为40.5~42.5HRC,根据真实齿轮渗碳金相和有效硬化层的检验数据,金相组织及相应的显微组织级别无异常,满足大型齿轮热处理的技术要求。

  2.结论及建议

  大齿轮原材料中夹杂物的等级过高,大尺寸、致密的非金属夹杂物破坏了金属的连续性,造成局部应力集中,产生细小裂纹。齿轮淬火后残余应力进一步增加。由于回火,裂纹不穿透表面,而是在齿轮后续磨削应力的作用下发生应力叠加。在随后的放置过程中,应力释放导致裂纹穿透牙齿表面。结合裂纹形状、裂纹走向和裂纹分布,裂纹是由原材料中的夹杂物引起的,最终大齿轮因锻造工艺不理想而开裂。

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