振動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)橋弧齒準(zhǔn)雙曲面齒輪的失效分析

1、振動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)橋弧齒準(zhǔn)雙曲面齒輪的失效分析失效分析的思路根據(jù)產(chǎn)品失效形式及失效模式分析的思路和方法：一個(gè)零件失效后，其表現(xiàn)形式不外乎是過(guò)量變形、表面損失和斷裂三種。根據(jù)其表現(xiàn)形式進(jìn)一步分析失效模式，然后分析導(dǎo)致這種失效模式的內(nèi)部因素和外部因素。 零件使用情況 失效齒輪的外觀形貌 主動(dòng)齒輪：硬度及滲層檢測(cè)金相組織分析共滲層的顯微硬度分布曲線 從動(dòng)齒輪：硬度及滲層檢測(cè)金相組織分析共滲層的顯微硬度分布曲線 熱處理工藝分析 保證質(zhì)量的工藝措施齒輪失效的主要形式 輪齒折斷 齒面點(diǎn)蝕 齒面膠合 齒面磨損 齒面塑性變形零件使用情況該對(duì)弧齒輪使用在YZ10液壓振動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)橋中，已運(yùn)行約400h。齒輪的熱處理

2、工藝是820860碳氮共滲，共滲后的熱處理工藝與滲碳后的相似。失效齒輪的外觀形貌 主動(dòng)齒輪的齒面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，齒頂磨成刀刃狀，有3個(gè)輪齒的4處發(fā)生深層剝落，即局部發(fā)生大塊剝落，剝落深度約等于整個(gè)硬化層的深度； 從動(dòng)齒輪齒面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，硬化層大部分地方全部磨掉，其磨損程度凹面大于凸面，齒頂硬化層及部分心部金屬全部磨去，并有明顯的斷裂現(xiàn)象。齒輪失效外觀圖a)主動(dòng)齒輪 b)從動(dòng)齒輪主動(dòng)齒輪硬度檢測(cè)硬度檢測(cè)：表層硬度約60HRC，心部硬度約3638HRC；滲層深度為0.951.00mm，均符合技術(shù)要求。主動(dòng)齒輪金相組織共滲表層為密集帶狀的碳氮化合物，深度約為0.05mm，次層為針狀馬氏體和少量的殘留

3、奧氏體，無(wú)非馬氏體的不良組織；輪齒心部的金相組織為低碳馬氏體，無(wú)未溶鐵素體。主動(dòng)輪表層共滲層(a)及心部(a)的金相組織 X400主動(dòng)輪共滲層顯微硬度分布曲線 表層的碳氮化合物區(qū)的硬度很高，次層的少量殘留奧氏體未引起硬度的明顯降低，整個(gè)硬化層的硬度值及分布均良好,有效硬化層深度也較深。按此測(cè)定結(jié)果所確定的共滲層總深度約1.10mm。 綜合以上分析,說(shuō)明主動(dòng)齒輪熱處理質(zhì)量較好。主動(dòng)齒輪共滲層的顯微硬度分布曲線從動(dòng)齒輪硬度檢測(cè)表層硬度約60HRC，符合技術(shù)要求；心部硬度約(28 29)HRC，低于技術(shù)要求的3542HRC。顯微組織確定的滲層深度約為0.90mm，符合技術(shù)要求。從動(dòng)齒輪金相組織 共滲

4、表層為密集堆積狀的碳氮化合物，分布深度在0.10mm以上。次層為隱針馬氏體組織，再次層為點(diǎn)狀及爪狀二次碳化物加隱針馬氏體和非馬氏體組織。整個(gè)共滲層看不到針狀馬氏體和殘留奧氏體的痕跡，表明該齒輪的基體中碳氮元素的飽和度不高； 輪齒心部的金相組織為低碳馬氏體及大量的未溶鐵素體。從動(dòng)齒輪共滲層(a)和心部(b)的金相組織 X400從動(dòng)輪共滲層顯微硬度分布曲線 除表層碳氮化合物區(qū)具有高硬度外，其余區(qū)域的硬度值均較低，由表層的高硬度層突然降至很低硬度，而且有效硬化層深度很淺，這樣的硬度分布顯然是不好的。從動(dòng)齒輪共滲層的顯微硬度分布曲線齒輪早期失效原因從動(dòng)齒輪的表層有密集堆積狀的高硬度碳氮化合物，次表層金

5、屬的硬度很低，其支撐能力很差，在重載工作條件下，從動(dòng)輪表層的碳氮化物層首先剝落，較軟的基體金屬發(fā)生快速磨損，直至報(bào)廢。在此過(guò)程中，主動(dòng)輪也由于嚙合狀態(tài)的惡化，使磨損加劇，直至硬化層減少到不能承受外加負(fù)荷時(shí)，在齒面接觸應(yīng)力最大的區(qū)域引起大塊狀的硬化層剝落而失效。從動(dòng)輪共滲層質(zhì)量不良的工藝因素 共滲處理溫度偏低，由此而引起共滲表層碳氮化合物的堆積和基體碳氮飽和度的降低;重新加熱淬火時(shí)的溫度偏低，致使心部出現(xiàn)大量的未溶鐵素體，進(jìn)而引起心部硬度的明顯降低；在重新加熱淬火時(shí)，該齒輪的共滲層發(fā)生較為明顯的脫碳現(xiàn)象，由此引起次表層基體強(qiáng)度的降低。主動(dòng)齒輪磨損到一定程度后，多處發(fā)生的深層剝落失效表明，在嚙合狀

6、態(tài)不良的情況下，即使符合技術(shù)要求的主動(dòng)輪，其硬化層深度也顯得不足?；↓X準(zhǔn)雙曲面齒輪失效的主要形式 主動(dòng)齒輪的失效為被動(dòng)失效，主要表現(xiàn)為深層剝落或磨損，在避免從動(dòng)輪過(guò)早失效的前提下，這類(lèi)齒輪能夠保證齒輪副的使用壽命。 從動(dòng)齒輪的失效為主動(dòng)失效，齒面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損和硬化層的大塊剝落及斷裂，表明滲層的耐磨性和強(qiáng)度不足，引起從動(dòng)齒輪早期失效的主要原因是共滲層組織狀態(tài)不良和硬度低。主動(dòng)齒輪熱處理工藝的評(píng)價(jià)和分析 該工藝在有利于減小熱處理畸變的同時(shí)，能夠獲得具有較高耐磨性和較高的承載能力；表層的碳氮化物的形態(tài)不夠好，數(shù)量相差較大，應(yīng)嚴(yán)格控制碳氮元素的滲入量，不宜過(guò)多；降溫?cái)U(kuò)散及淬火溫度力求按上限(830+

7、10)控制，或于850直接淬火，這有利于增加硬化層深度，防止深層剝落而又不至于造成過(guò)量的熱處理變形，同時(shí)也有利于改善表層的碳氮化合物形態(tài)，防止堆積。從動(dòng)齒輪熱處理工藝的評(píng)價(jià)和分析 從動(dòng)輪是重新加熱淬火，共滲溫度為850。與常規(guī)的滲碳溫度(930)相比，主要差別是奧氏體的飽和碳含量要低很多，淬火后對(duì)應(yīng)的馬氏體的含碳量也很低，因此，所得滲層的耐磨性能和強(qiáng)度指標(biāo)均有很大差別。 現(xiàn)場(chǎng)采用的共滲介質(zhì)是煤油+液態(tài)氨，不利于獲得優(yōu)良的表層組織。 830的淬火溫度偏低，輪齒心部很難獲得像主動(dòng)齒輪那樣的100%低碳馬氏體，而出現(xiàn)大量的未溶鐵素體。共滲出爐后空冷，將發(fā)生脫碳和二次碳化物的析出，重新加熱時(shí)，特別是保

8、溫階段共滲層中的碳進(jìn)一步向內(nèi)部擴(kuò)散，致使共滲表層及次層奧氏體的含碳量進(jìn)一步降低,故在隨后的壓床淬火時(shí)易發(fā)生早期分解而形成非馬氏體組織，導(dǎo)致共滲層中不易產(chǎn)生針狀馬氏體和殘留奧氏體。保證質(zhì)量的工藝措施 更新熱處理設(shè)備；引入可控氣氛加熱爐取代現(xiàn)行的井式電爐，以便實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化(脫碳)加熱及熱處理過(guò)程的自動(dòng)控制； 將共滲溫度和淬火溫度分別提高(1020) ，為了防止溫度提高后使熱處理畸變量增加和脫碳導(dǎo)致硬度不足，可將重新加熱淬火的保溫時(shí)間縮短(1020)min，同時(shí)盡量縮短工件出爐至淬火冷卻的時(shí)間和共滲時(shí)擴(kuò)散階段的時(shí)間； 嚴(yán)格控制加入介質(zhì)的質(zhì)量，如液態(tài)氨的含水量、煤油的含硫量等，為控制共滲時(shí)的煤油供給量，

9、在系統(tǒng)中可增加一個(gè)自動(dòng)控制的定量裝置，以便控制碳勢(shì),滿足滲碳要求； 齒面滲層的深度對(duì)齒輪的使用性能有很大影響，滲層較厚，齒面的接觸疲勞強(qiáng)度增加,可以防止?jié)B層剝落，但滲層過(guò)深,需要共滲的時(shí)間較長(zhǎng)，表面壓應(yīng)力下降，表層含碳量增高，淬火后殘留奧氏體和大塊碳化物增多，導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度和沖擊韌度降低。碳氮共滲定義：在鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲。介質(zhì)：氣體介質(zhì)、液體介質(zhì)（也稱氰化）。溫度：高溫（900950）、中溫（700880）、低溫（570以下）。碳氮共滲的組織和性能碳氮共滲層的組織取決于共滲層中碳、氮濃度，鋼種及共滲溫度。一般中溫碳氮共滲層淬火組織，表面為馬氏體基體上彌散分布的碳氮化合物，向里為馬氏體加殘余奧氏體，殘余奧氏體量較多，馬氏體為高碳馬氏體；再往里殘余奧氏體量減少，馬氏體也逐漸由高碳馬氏體過(guò)渡到低碳馬氏體。常見(jiàn)鋼種的碳氮共滲低、中碳結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼：滲碳溫度為820850 ；目的是提高其表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度。中碳調(diào)質(zhì)鋼：滲碳溫度為570600 ；目的是提高其耐磨性和疲勞強(qiáng)度。高速鋼：滲碳溫度為550560 ；目的是進(jìn)一步提高其表面硬度、耐磨性及熱穩(wěn)定性。隱針馬氏體 隱針（或隱晶）馬氏體是指在普通光學(xué)顯微鏡下無(wú)法辨認(rèn)（無(wú)法看清）其形貌特征，而在電子顯微鏡下才能辨別的一種馬氏體。它是在實(shí)際生產(chǎn)中，高碳鋼或高碳高合金鋼正常