Page 83 - 理化检验-物理分册2023年第七期
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高彬科, 等: 双联行星轮断齿原因
源处存在沿齿宽方向平行分布的大尺寸氧化铝夹杂
物, 裂纹从夹杂物处萌生并发生疲劳扩展, 最终导致
行星轮发生断裂。
建议从源头上控制钢液冶炼浇注过程中的夹杂
物数量, 在钢液凝固时使夹杂物尽量上浮到钢锭冒
口位置, 制造过程中有效去除料头、 料尾, 并采用合
理的锻造工艺, 将锻件内大尺寸的非金属夹杂物充
分破碎。
图7 齿底的显微硬度梯度曲线 参考文献:
纹源位于有效硬化层下方约0.6mm 位置。
[ 1 ] 封楠. 渐开线斜齿轮弯曲疲劳强度分析与试验方法研
2 综合分析 究[ D ] . 北京: 机械科学研究总院, 2019.
[ 2 ] 刘本学, 郭沛东, 徐科飞, 等. 基于 ANSYSWorkbench
由上述理化检验结果可知: 双联行星轮断齿处 的齿轮弯曲疲劳寿命分析[ J ] . 机械设计与制造, 2018
呈典型的疲劳断裂特征, 裂纹源与行星轮端面的距 ( 2 ): 139-141.
离约为22mm 、 与齿根次表面的距离约为2mm , 裂 [ 3 ] 王春亮, 杨力, 刘乐, 等. 齿轮的失效分析[ J ] . 理化检
纹源处可见平行于齿宽方向、 长度约为1.43mm 、 最 验( 物理分册), 2007 , 43 ( 7 ): 366-369.
[ 4 ] 陈敢泽. 齿轮常见的失效形式及预防[ J ] . 中国特种设
大宽度约为0.108mm 的纺锤形氧化铝夹杂物聚集
备安全, 2008 , 24 ( 10 ): 46-49.
缺陷。
[ 5 ] 龚寄. 齿轮失效分析及其故障诊断方法研究[ J ] . 装备
钢中非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性。
制造技术, 2016 ( 8 ): 138-140.
氧化铝夹杂物属于典型的脆性夹杂物, 该类夹杂物
[ 6 ] 曹渝, 李平平, 丁晓遥, 等.20CrNi2Mo钢制齿轮表面
通常以团簇状的形式分布于金属基体中, 在锻造或
点坑状缺陷产生原因分析[ J ] . 理化检验( 物理分册),
轧制过程中, 夹杂物与基体材料的变形情况不一致, 2019 , 55 ( 10 ): 737-740.
破碎后将沿着变形方向呈链条状分布。夹杂物大多 [ 7 ] 吴建华, 李平平, 梁雪冬, 等. 地铁列车从动齿轮表面
呈尖角状, 会导致局部应力集中程度显著增大 [ 8-12 ] 。 裂纹产生原因[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2022 , 58
该断裂行星轮中的夹杂物聚集分布, 使缺陷轮廓达 ( 6 ): 63-65.
到了宏观可见的尺寸。根据行星轮的设计准则, 齿 [ 8 ] 杨帅, 张启飞, 卢昀, 等. 氧化铝夹杂破碎与弥散行为
根弯曲疲劳的最大弯矩应在齿根过渡圆弧表面, 并 的试验研究[ J ] . 机械工程学报, 2021 , 57 ( 22 ): 172-
183.
非齿底位置。夹杂物距离齿底次表层约2.43mm ,
[ 9 ] 杨帅. 钢中氧化铝夹 杂 锻 造 过 程 中 破 碎 行 为 研 究
有效硬化层的深度约为 1.802mm , 硬化层内的硬
[ D ] . 秦皇岛: 燕山大学, 2021.
度、 强度较高, 对缺陷较敏感。氧化铝夹杂物是脱氧
[ 10 ] 李阳. 钢中氧化铝类夹杂的形成机理和去除效果的基
产物, 属于冶金缺陷。对于行星轮等需要表面硬化
础研究[ D ] . 马鞍山: 安徽工业大学, 2016.
的产品而言, 当缺陷位于硬化层内时, 行星轮的疲劳 [ 11 ] 周素霞, 张昭, 吴毅. 内部夹杂物缺陷对 EA4T 车轴钢
寿命将极大地缩短, 当缺陷尺寸足够大时, 即使其出 裂纹萌生寿命的影响[ J ] . 铁道学报, 2023 , 45 ( 1 ): 35-
现在硬化层下方, 也将以缺陷处为裂纹源发生疲劳 41.
[ 12 ] 陈涛, 易敏, 丁宁, 等. 扫描电镜夹杂物自动分析功能
扩展, 直至构件断裂。
在钢材上的应用[ J ] . 冶金分析, 2023 , 43 ( 1 ): 41-48.
3 结论与建议
双联行星轮发生了疲劳断裂, 断裂原因为: 裂纹
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