摘 要:采用化学成分分析、断口分析、金相检验、硬度测试等方法对某起重机用齿轮轴断齿原 因进行分析。结果表明:该齿轮轴渗碳层存在脱碳现象,以及心部组织强度偏低是导致齿轮轴断 裂的主要原因;金相检验方法在测量渗碳层厚度方面存在局限性。

关键词:齿轮轴;渗碳层;脱碳;断齿;厚度测量

中图分类号:TG115.5 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2023)04-0012-03

某起重机用齿轮轴在使用约10个月后发生了断 齿,导致设备损坏,造成了比较严重的安全事故。该 齿轮轴图纸中的技术要求为:材料为20CrMnTi钢; 花键部分(防渗)淬火硬度为40~48HRC;渗碳层厚 度为0.8~1.2mm;齿面硬度为58~62HRC,心部硬 度为30~45HRC。笔者采用一系列理化检验方法对 该齿轮轴断齿原因进行了分析。

1 理化检验

1.1 宏观观察

断齿后的齿轮轴宏观形貌如图1所示,由图1 可知,整个齿轮轴齿面共有6个齿发生断裂,中间 4个齿相邻,除1个齿保留上半部分齿形外,其他 断裂齿均为整个齿断裂掉落。齿轮轴的起裂处宏 观形貌如图2所示,由图2可知,断裂齿均是从左 向右断裂,与齿轮的转动受力方向一致,断裂起始于齿根部分。从断裂形貌上看,裂纹源有向外发 射性的条纹[1],断口上的白亮条纹是断裂后挤压 磨损的痕迹。

1.2 断口分析

采用扫描电镜(SEM)对断口进行分析,断口裂纹 源处的SEM形貌如图3所示,由图3可知:裂纹源附 近SEM形貌较平滑,这是因为断口有大量被挤压的 痕迹,尤其在裂纹源附近,但从裂纹源凹陷处可以看 出有明显沿晶断裂的特征,在断口中间的扩展区为解 理断裂,无疲劳辉纹等痕迹,属于脆性断裂(见图4)。