曹 云,王 濤,晁永強(qiáng)

(重慶齒輪箱有限責(zé)任公司,重慶 ４０２２６３)

摘 要:某齒輪磨削后表面產(chǎn)生了裂紋,其中齒頂裂紋為常規(guī)的磨削裂紋,而齒根裂紋為縱深較大的非常規(guī)磨削裂紋,采用化學(xué)成分分析、非金屬夾雜物檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)等方法對裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析,并從應(yīng)力角度對磨削裂紋進(jìn)行了分類.結(jié)果表明:磨削齒輪時進(jìn)刀量過大使得摩擦應(yīng)力陡增,在該摩擦應(yīng)力與熱應(yīng)力的共同作用下材料表面被拉裂,導(dǎo)致該齒輪齒頂、齒根產(chǎn)生裂紋;從致使磨削裂紋產(chǎn)生的主導(dǎo)應(yīng)力角度將磨削裂紋分為內(nèi)應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋和摩擦應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋,該齒輪齒頂裂紋屬于內(nèi)應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋,齒根裂紋屬于摩擦應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋.

關(guān)鍵詞:磨削裂紋;摩擦應(yīng)力;殘余內(nèi)應(yīng)力;進(jìn)刀量

中圖分類號:TG１１５．２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０７Ｇ０５２６Ｇ０３

１ 理化檢驗(yàn)

１．１ 化學(xué)成分分析

對齒輪未滲碳部位進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表１.可見齒輪的化學(xué)成分符合 EN１００８４－２００８

«滲碳鋼———交貨技術(shù)條件»的要求.

１．２ 非金屬夾雜物檢驗(yàn)

依據(jù) GB/T１０５６１－２００５«鋼中非金屬夾雜物含量的測定———標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法»,對該齒輪沿軸向取樣,對其進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗(yàn).可見其非金屬夾雜物主要為球狀氧化物,夾雜物評級結(jié)為:A(硫化物類)細(xì)０級,B(氧化鋁類)細(xì)０級,C(硅酸鹽類)細(xì)０級,D(環(huán)狀氧化物類)細(xì)０．５級;滿足 A類、C類、D類非金屬夾雜物不高于１．５級,B類非金屬夾雜物不高于１．０級的企業(yè)技術(shù)要求.

１．３ 金相檢驗(yàn)

沿齒頂裂紋處將試樣剖開,以便觀察裂紋縱向形態(tài),齒頂裂紋縱剖面微觀形貌如圖２所示.可見在齒頂處有深約０．２０mm 的縱深裂紋,裂紋大體垂直于齒頂向里延伸,裂紋在齒頂表面處開口較大,向內(nèi)逐漸變細(xì),尾部沿晶發(fā)展呈尖細(xì)狀,如圖３所示.在齒頂局部區(qū)域發(fā)現(xiàn)有白亮組織,如圖４所示.將試樣２３０ ℃低溫回火３h后,白亮組織消失,由此可推斷該白亮組織為磨削二次淬火,二次淬火組織經(jīng)回火后轉(zhuǎn)變成回火馬氏體組織,與基體組織無差異,故而“消失”.

將齒根裂紋沿平行于齒端平面剖開,觀察齒根裂紋形貌,如圖５所示,可見裂紋未沿縱深方向擴(kuò)展,而是沿淺表層延伸,最深處約１．００mm,裂紋在表層開口較寬大,末端較尖細(xì)且沿晶發(fā)展,在齒根裂紋附近有白亮組織.

２ 分析與討論

由以上理化檢驗(yàn)結(jié)果可知,在該齒輪齒頂發(fā)現(xiàn)有網(wǎng)狀龜裂,表層金相存在白亮組織,經(jīng)２３０℃低溫回火后白亮組織消失,可推斷白亮組織為二次淬火組織;從裂紋形態(tài)來看,齒頂裂紋呈細(xì)網(wǎng)狀,深度較淺,約０．２mm 深,且裂紋從表面向縱深發(fā)展,大致垂直于齒表面,屬典型網(wǎng)狀龜裂磨削裂紋[３Ｇ４].齒根發(fā)現(xiàn)少量的白色組織也為二次淬火組織,但與齒頂?shù)湫湍ハ骷?xì)網(wǎng)狀龜裂裂紋不同,齒根裂紋呈粗網(wǎng)狀,通過解剖發(fā)現(xiàn),裂紋并非沿縱深方向發(fā)展,而是改變方向,最終沿平行于表面的淺表層方向進(jìn)行擴(kuò)展,橫穿齒根裂紋的擴(kuò)展方向與磨削方向一致,且裂紋較深達(dá)１．０mm.該類裂紋產(chǎn)生的主要原因是磨削齒輪時進(jìn)刀量過大,使摩擦應(yīng)力陡增,摩擦應(yīng)力與熱應(yīng)力共同作用,將材料表面拉裂.

由磨削造成的裂紋統(tǒng)稱為磨削裂紋,按裂紋形狀可分為網(wǎng)狀、放射狀、蜷曲狀、星點(diǎn)狀[５Ｇ６];按磨削熱致使工件表面溫度上升,導(dǎo)致表面發(fā)生兩次收縮而產(chǎn)生裂紋,可把磨削裂紋分為由第一次收縮引起的第Ⅰ類裂紋和由第二次收縮引起的第Ⅱ類裂紋.以上分類從裂紋的形態(tài)特征和裂紋產(chǎn)生的原理上對磨削裂紋進(jìn)行了分類,從而可以鑒別和預(yù)防磨削裂紋.然而前文中深度較深的磨削裂紋是一種不太常見的磨削裂紋,為將該類磨削裂紋與常見磨削裂紋進(jìn)行區(qū)分,筆者從致使磨削裂紋產(chǎn)生的主導(dǎo)應(yīng)力角度,對磨削裂紋進(jìn)行了分類,將磨削裂紋分為內(nèi)應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋和摩擦應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋.從應(yīng)力角度來講,零件出現(xiàn)裂紋或者發(fā)生開裂是由于應(yīng)力超過了材料抗力.在磨削加工過程中,在上次進(jìn)刀磨削后,零件表面有組織應(yīng)力、熱應(yīng)力以及表面的塑性變形應(yīng)力,這幾種應(yīng)力均屬于殘余內(nèi)應(yīng)力,再次進(jìn)刀進(jìn)行磨削時,表面除受以上殘余內(nèi)應(yīng)力外,還受摩擦應(yīng)力,進(jìn)刀量越大,摩擦應(yīng)力也越大,轉(zhuǎn)換的熱能則越多,若冷卻條件不變,熱應(yīng)力、塑性變形應(yīng)力的殘余內(nèi)應(yīng)力也越大.殘余內(nèi)應(yīng)力與摩擦應(yīng)力共同存在,在殘余內(nèi)應(yīng)力主導(dǎo)下產(chǎn)生的磨削裂紋向縱深方向發(fā)展,且深度較淺,一般為０．０２~０．２０ mm,并且多數(shù)裂紋是在磨削完成后一段時間才產(chǎn)生[７],該類裂紋筆者將其稱為內(nèi)應(yīng)力磨削裂紋;在摩擦應(yīng)力主導(dǎo)下產(chǎn)生的磨削裂紋,裂紋從表面起裂,最終朝平行于表面的淺表層方向擴(kuò)展,且深度較深,該類裂紋在磨削當(dāng) 時 便 產(chǎn) 生,筆 者 將 其 稱 為 摩 擦 應(yīng) 力 磨 削裂紋.

３ 結(jié)論及建議

(１)該齒輪齒頂、齒根裂紋是因?yàn)槟ハ鼾X輪時進(jìn)刀量過大,使得摩擦應(yīng)力陡增,該摩擦應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)

力的共同作用下,將材料表面拉裂.

(２)從致使磨削裂紋產(chǎn)生的主導(dǎo)應(yīng)力角度對磨削裂紋進(jìn)行了分類,將磨削裂紋分為內(nèi)應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋和摩擦應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋,該齒輪齒頂裂紋屬于內(nèi)應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋,齒根裂紋屬于摩擦應(yīng)力主導(dǎo)的磨削裂紋.

(３)建議在磨削齒輪時減小進(jìn)刀量,使摩擦應(yīng)力降低,防止此類齒輪磨削裂紋的發(fā)生.

（文章來源：材料與測試網(wǎng)-理化檢驗(yàn)－物理分冊>2018年>7期> pp.526）