42crmo钢齿轮轴断齿原因研究

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1、42CrMo钢齿轮轴断齿原因研究　　摘要：采用扫描电镜对减速器齿轮断齿分别对断口形貌以及夹杂物进行了观察和微区成分分析，原热处理工艺不合理导致齿轮根部未淬火、硬度分布不均、根部存在残余拉应力及块状铁素体，同时齿轮根部加工不良，滚齿刀痕明显是导致齿轮断齿的主要原因。针对齿轮失效原因，提出了改进措施，有效避免了齿轮断齿现象的发生。Abstract：Thefracturemorphologiesandthemicrostructureofthebrokengearforgearreducerwereexaminedbyscanningelectronmicroscope.It

2、canbeconcludedthatmainreasontoresultinthefractureofthegearisthattheremainstensilestressandferriteinthefootofgearresultingfromunreasonableheattreatment，scratchofgearhobsandtheroughnesssurfaceofthegear.关键词：42CrMo钢；齿轮断口；齿轮；显微组织Keywords：42CrMosteel；fracture；gear；microstructure中图分类号：TH132.41文

3、献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）23-0066-030引言7由于42CrMo钢具有良好的综合力学性能和热处理工艺，淬透性较好以及具有良好的抗冲击性能，被广泛应用于齿轮材料。现就一批砖机的减速器齿轮，材料为42CrMo，运行一段时间后，发现齿轮轴上的齿被折断。齿轮轴长723mm，分度圆直径为190mm，齿顶圆直径为210mm，为双圆弧齿轮。齿轮的加工工艺为：正火→调质→粗滚齿→表面淬火→精滚齿。硬度要求调质硬度为：HBS240-275，齿面淬火硬度为：HRC45-48。齿轮轴的断齿宏观形貌如图1所示。本文针对该砖机减速器齿轮的断齿和失效机理进行探讨。1

4、分析过程采用全谱直读火花光谱仪（Q4）对原试件进行化学成分分析，利用MeF-3光学显微镜检查显微组织及非金属夹杂物，分别采用布维硬度计测量试件心部硬度和洛氏硬度计表面硬度进行分析。用SUPRA55/55VP型扫描电镜进行断口以及微观分析，用EDS进行微区成分的分析，确定试件原因，提出改进措施。2分析与结果2.1成分测试对齿轮材料进行化学成分分析，分析结果如表1所示，可见，齿轮材料为42CrMo钢，所有化学成分符合标准范围。7钢中非金属夹杂物含量的测定方法普遍采用图谱评定法。如果需要明确夹杂物的尺寸，可以在图谱评定法分析的基础上，进一步采取图像分析法进行计算。对制备好的金

5、相试样，观察发现了硅酸盐夹杂、氧化物夹杂物等夹杂物，如图2所示，通过对夹杂物的观察结果表明：金相组织夹杂物形貌与氧化铝、硫化锰、硅酸盐等的特性相似。夹杂物按GB/T10561—2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》评定，结果发现显微组织非金属夹杂物等级为A类粗系2.0级，B类粗系2.0级和D类3.0级。2.2微观金相分析把抛光后的试样用4%的硝酸酒精溶液侵蚀后，42CrMo钢壳体的心部组织如图3所示。由图3可见的显微组织为回火索氏体+块（针）状铁素体，为典型的欠热组织[1]；正常42CrMo钢回火后的显微组织为回火索氏体[2]。齿轮的齿部金相组织不均，齿顶部位回火索氏

6、体，但齿根部为珠光体+铁素体。且淬火层厚度最大为88um（见图4），从齿顶到齿根逐渐减少为0um。2.3断口分析7该断口表现为较典型的接触疲劳断口形貌。即有三个区域；疲劳源区、呈现海滩波纹（贝纹）状的疲劳裂纹扩展区以及粗糙的瞬时最终破断区。疲劳源区为一个以疲劳核心为焦点的非常光滑、细密、海滩花样不明显的狭小区域。这也是裂纹在该区扩展速度很慢而且反复张开、闭合使断面磨光的缘故，见图1所示。疲劳裂纹扩展区有贝纹线。这种花样的推进线标志着部件在交变应力下断口上留下的痕迹。断口表面由于多次反复挤压、摩擦，使该区域变得较光滑，有的甚至像细瓷状。贝纹线一般从裂纹源开始，向四周推进呈

7、弧形，它垂直于疲劳裂纹的扩展方向。瞬时断裂区是疲劳达到临界尺寸发生的快速断裂，断口十分粗糙。从图1的宏观断裂可知，轮齿的断裂为典型的低周疲劳断裂，具有贝纹线特征（见图1裂纹源处），疲劳源位于齿根处。裂纹源处有多条细小的台阶条纹，说明疲劳源处有应力集中现象。断口上的疲劳区除有贝纹线外，还有似河流状的台阶条纹（见图1裂纹扩展区），为了便于与疲劳源处的台阶条纹相区分，称为二次台阶。这种二次台阶条纹通常在高应力作用下出现。同时，在图1的A区域，断裂形貌与其他有所不同，由于A区域位于齿轮齿顶位置，硬度较高，倾向于准解理断裂特征。通过对断面进行扫描和