Page 78 - 理化检验-物理分册2022年第七期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202207016

某产线变速箱齿轮断裂原因

周志超,张广治,王贵玉,杨艳龙,张敬蕊,武 甲,张希静

( 北京首钢股份有限公司,迁安 064404 )

摘 要: 某产线变速箱齿轮发生断裂。采用宏观观察、 化学成分分析、 扫描电镜和能谱分析、 金
相检验以及硬度测试等方法, 分析了齿轮断裂的原因。结果表明: 齿轮化学成分不符合产品设计标
准 GB / T699 — 2015 的要求, 且断裂轮齿组织为粗大的魏氏体, 并存在大量以氧化铝为主的非金属

夹杂物, 导致齿轮的韧性和耐磨性大幅降低。在服役过程中, 齿轮在传递动力时长期受弯曲疲劳应
力以及异常组织和夹杂物的影响, 最终发生断裂。

关键词: 齿轮;断裂;魏氏体;非金属夹杂物

中图分类号: TG115.2 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2022 ) 07-0062-03

Fracturereasonsof g earing ear-boxonaline

,
ZHOUZhichao , ZHANGGuan g zhi , WANGGui y u , YANGYanlon g ZHANGJin g rui , WUJia , ZHANGXi j in g

( Bei j in gShou g an gCo. , Ltd. , Qian ’ an064404 , China )

Abstract : Theg earintheg ear-boxonalinewasfractured.Thecausesofg earfracturewereanal y zedb y

macrosco p icobservation , chemicalcom p osition anal y sis , scannin g electron microsco py and ener gy s p ectrum

anal y sis , metallo g ra p hicexaminationandhardnesstest.Theresultsshowthattheg earchemicalcom p ositiondid

notmeetthere q uirementsofthe p roductdesi g nstandardGB / T699 — 2015 , andthemicrostructureofthefractured

g eartoothwasg rosswidmanstattentissue , andtherewerealar g enumberofnon-metallicinclusionsdominatedb y

alumina , resultin g inasi g nificantdecreaseinthetou g hnessandwearresistanceofthe g ear.Intheservice p rocess ,

theg earwasaffectedb y thebendin g fati g uestressandabnormalmicrostructureandinclusionsforalon g timeinthe

transmissionof p ower , resultin g inthefractureoftheg earatlast.

Ke y words : ear ; fracture ; widmanstatten ; non-metallicinclusion
g
在机械设备运行过程中, 齿轮往往起着重要的 钢》, 齿轮成品经过调质、 渗碳及淬火处理。
作用, 齿轮一旦失效则会造成重大事故。齿轮失效
最常见的一种形式是轮齿断裂, 是机械工程领域最 1 理化检验
为严重的事故 [ 1 ] , 同时也是变速箱零部件中发生失 1.1 宏观观察
效概率较高的类型之一 [ 2 ] 。某齿轮作为产线变速箱 断裂齿轮的宏观形貌如图 1 所示, 由图 1 可知:
的核心零件之一, 在运行过程中发生故障, 经停机拆 轮齿顶部呈现肉眼可见的疑似缺陷剥落现象, 同时
解后, 发现该齿轮的轮齿顶部严重磨损并出现断裂, 在断裂位置未见明显塑性变形区域, 局部区域颜色
同时轮齿顶部呈现出疑似缺陷剥落现象, 为进一步 较深。
查找、 分析其断裂故障原因, 笔者对断裂齿轮进行了 1.2 化学成分分析
一系列理化检验。齿轮设计材料为 45Mn 钢, 其原 从断裂齿轮上取样并进行化学成分分析, 结果

材料执行标准为 GB / T699 — 2015 《 优质碳素结构 如表 1 所示。由表 1 可知: 齿轮中碳、 锰元素含量较

低, 不符合 GB / T699 — 2015 《 优质碳素结构钢》 对

45Mn钢的标准要求, 镍元素虽然满足 GB / T699 —
收稿日期: 2022-04-07
作者简介: 周志超( 1981- ), 男, 高级工程师, 主要从事金属理化
2015 的要求, 但实测值偏低。
检验技术管理工作, zzc1108@126.com
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