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某廠行走齒輪減速器磨齒后，發(fā)現(xiàn)鍵槽孔壁周向及齒輪端面有裂紋。齒輪材料為18crnimo7-6。生產(chǎn)工藝為粗加工→滲碳淬火+回火→精加工(鍵槽開孔等)。為了確定齒輪裂紋產(chǎn)生的原因，進(jìn)行了一系列的檢測(cè)和分析。

測(cè)試過程和結(jié)果

1.1宏觀檢驗(yàn)

齒輪外圓周、內(nèi)鍵槽孔壁和端面的圓周方向均有較長(zhǎng)的裂紋，部分端面裂紋兩側(cè)傾斜，如圖1所示。沿裂紋張開后觀察斷口形貌，多為銀金屬光澤的細(xì)瓷，未發(fā)現(xiàn)陳舊的斷口，裂紋源在鍵槽根部轉(zhuǎn)角處。

1.2化學(xué)成分測(cè)試

采用ICP-AES對(duì)齒輪的化學(xué)成分進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果符合EN 884 -2008《滲碳鋼交貨技術(shù)條件》的要求。

1.3硬度及金相檢驗(yàn)

齒輪的滲碳層深度約為1.58mm，齒面平均硬度為725hv1，中心硬度為43.0hrc，均滿足圖紙的技術(shù)要求。

根據(jù)GB / T 10561-2005《測(cè)定鋼中非金屬夾雜物含量的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配圖顯微檢查方法》，各類非金屬夾雜物均優(yōu)于0.5級(jí);根據(jù)GB / t6394-2017金屬平均晶粒度測(cè)定方法，晶粒度為6.5級(jí)。

根據(jù)GB / T 25744-2010《鋼中滲碳淬火回火金相檢驗(yàn)》，齒輪滲碳層分為1級(jí)碳化物、5級(jí)馬氏體和6級(jí)殘余奧氏體。不符合GB / T 3480.5-2008《正齒輪斜齒輪承載能力計(jì)算第5部分:材料的強(qiáng)度和質(zhì)量》對(duì)滲碳鋼表面組織和殘余奧氏體含量的要求

試樣在裂紋源處切割，拋光，用4%硝酸醇腐蝕溶液腐蝕。用顯微鏡觀察鍵槽表面。鍵槽表面粗糙，根部不規(guī)則，有微裂紋。微裂紋兩側(cè)無(wú)滲碳脫碳現(xiàn)象，如圖5所示。

2、分析與討論

結(jié)果表明，材料成分、夾雜物、晶粒尺寸、硬度和滲透深度均滿足要求。齒輪開裂的主要原因如下。

1)由于導(dǎo)線切割速度過快,齒輪鍵槽部分粗糙、加工痕跡清晰,過渡圓角形狀是不規(guī)則的,這加劇了鍵槽部分的應(yīng)力集中,所以形成裂紋源,裂紋逐漸擴(kuò)展到齒輪磨削壓力的作用下。另外，線材速度過快會(huì)導(dǎo)致鍵槽表面出現(xiàn)白光層，白光層中存在較多的微裂紋，導(dǎo)致裂紋在后續(xù)加工中擴(kuò)展。在制造和使用具有尖銳凹角、凸邊或凹邊的零件過程中，在尖銳凹角、凸邊或凹邊的過渡處會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，并可能形成裂紋。

另外，在加工過程中，由于操作、刀口形狀和機(jī)器精度等原因造成的被加工表面粗糙的刀痕，會(huì)造成應(yīng)力集中，使性能惡化。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)鍵槽表面粗糙，表面加工刀痕清晰可見，鍵槽根部圓角形狀不規(guī)則，應(yīng)力集中較大。鍵槽表面有一亮白色的層，這是一層含有大量殘余奧氏體的淬火層。殘余奧氏體是一種不穩(wěn)定的組織，它可以繼續(xù)轉(zhuǎn)化為馬氏體并產(chǎn)生較大的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力集中在過渡圓角處時(shí)，過渡圓角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象會(huì)加劇，從而產(chǎn)生微裂紋。

2)滲碳層馬氏體針厚，殘余奧氏體含量過多，使齒輪強(qiáng)度降低，脆性增加。此外，大量殘余奧氏體在室溫下繼續(xù)向淬火馬氏體轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，加速裂紋擴(kuò)展。

3、結(jié)論與建議

由于電火花線切割速度過快，鍵槽表面粗糙，過渡圓角形狀不規(guī)則，已加工表面產(chǎn)生白色光亮層。因此，鍵槽應(yīng)力集中加劇，裂紋源在鍵槽內(nèi)形成。在磨削應(yīng)力和工件殘余應(yīng)力的作用下，裂紋逐漸向裂紋擴(kuò)展。建議在滲碳前先磨銑鍵槽。如采用電火花線切割滲碳后打開鍵槽，應(yīng)控制線切割速度，以保證鍵槽根部的圓角形狀，提高鍵槽加工質(zhì)量;如電火花線切割產(chǎn)生的白色光亮層無(wú)法避免，則電火花線切割后人工磨去。