做家：杨锴
单元：东风汽车有限公司刃量具厂
滥觞：《金属加工（热加工）》杂志
齿轮在百般呆板传动中是动力传送的紧要零件，由于齿轮的热管教工艺、呆板加工工艺以及零件材料等诸多方面的起因，会致使产生百般弊病，及至加快了齿轮的部分毁坏及至全部生效。SAEH钢是一种含有铬、镍、钼元素的齿轮用钢，其化学成份与我国的20CrNiMo钢大体相当。年我厂接续加大商场转型力度，在淘汰部份落后刀具、牢固部份刀、量具商场并踊跃开采新式、遐龄命刀、量具的同时，鼎力进展齿轮交易。况且齿轮交易今朝曾经发端由商用车齿轮交易向乘用车齿轮交易胜利转型。由于某客户产能不够，为保证交货期部份齿轮只好外委热管教。本厂与另一厂家共通为该客户供给空压机齿轮和凸轮轴惰齿轮制品，这两者彼此啮合。个中我厂负责供给凸轮轴惰齿轮，两家企业的供给商按客户企业准则请求来采办SAEH钢为各自供给空压机齿轮和凸轮轴惰齿轮毛坯（铸造及预管教态）。两种齿轮模数为2.54，热管教技巧请求为渗碳淬火，马氏体（或残留奥氏体）级别≤3级，碳化物级别≤3级。表面硬度57～62HRC，心部硬度25～45HRC，有用强硬层深0.41～1.00mm。
过程各道工序管教后的空压机齿轮制品与我厂凸轮轴惰齿轮制品共通发往客户处，在某型号鼓动机上装机。但客户在鼓动机盘车历程中觉察两台曲轴不能盘动，拆卸搜检后觉察空压机齿轮内孔浮现了开裂而凸轮轴惰齿轮个别。随机抽查危机批次两台还没有安装的空压机显影探测觉察个中一台空压机齿轮有微裂纹，随机抽查危机批次六台鼓动机拆解后举行显影探测觉察个中三台空压机齿轮有微裂纹，随机抽查3台新到货批次的空压机举行显影探测，觉察个中有两台空压机齿轮有微裂纹，客户立刻检察空压机齿轮的安装历程但并未觉察有反常。
应客户请求，客户直接将盘车中觉察的开裂空压机齿轮生效件寄送至我厂复检。我厂技巧部门热加工人员、冷加工人员毗连品质部理化搜检室关于产生初期生效的齿轮举行了材料成份、宏观机关、显微机关等百般剖析，并托付技巧核心举行了电镜剖析，以期找出齿轮初期生效的起因。
一、宏观剖析
肉眼目测裂纹肇始于内孔表面，发端段浮现喷射状扩大，心部顺着铸造金属流线扩大，在端部断口上也许检察到有反光小刻面。图1为齿轮外貌图，图2显示出开裂地方（除圈线地方外曾经集体开裂）。图3为详细的断口宏观描摹。
二、化学成份剖析
哄骗瑞士产ARLOES型光谱直读剖析仪对齿轮材料的化学成份举行剖析，探测后果如表1所示。
表1空压机齿轮的化学成份（品质分数）（%）
元素
C
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
齿轮实测成份
0.21
0.32
0.87
0.58
0.22
0.63
SAEH
0.18～0.23
0.15～0.35
0.70～0.90
0.45～0.65
0.15～0.25
0.4～0.7
按照该表实测的数据得出：齿轮的化学成份契合企业准则《SAEH齿轮钢供货技巧协定》中SAEH钢的技巧请求。
三、断口剖析
裂纹肇始于内孔的内壁、深度约0.5mm（见图4断口低倍描摹），断口未见显然典范的委顿特点，由断口检察揣度齿轮为一次性开裂。外委技巧核心哄骗SU-70场发射扫描电镜关于断裂面举行常例超声波洗刷此后做SEM检察描摹。裂纹源地域的断口浮现为冰糖状沿晶脆性断裂，表层断口颜色较量深，可检察到微弱氧化局势，没有觉察原始裂纹、非金属同化和折叠等原始弊病，如图5所示。样本其余的地方的表层断口浮现为冰糖状沿晶断口和扯破的搀杂断裂，如图6所示。纤维状地域断口是韧窝状况的韧性断裂，断口浮现出带状，在带状的底部可检察到条状硫化物非金属同化，如图7、图8所示。宏观下检察到的反光小刻面地域断口为河道状解理和韧窝的搀杂断裂，如图9、图10所示。内孔圆弧面上头有泥沟状况的磨削纹路，断口临近有笔直于磨削方位，平行于断面的微裂纹，部分再有断断续续的网络状微裂纹，如图11、图12所示。
四、金相剖析
按照国度准则GB/T—《金属显微机关试验法子》，将空压机齿轮的齿部和开裂部位制样磨抛好，用4%硝酸酒精腐化，并哄骗NEOPHOT32型金相显微镜关于齿部和开裂部位举行宏观机关探测。探测前提为31℃，湿度52%RH。在断裂处取样举行金相机关剖析，非金属同化物评级为：细系硫化物级别0.5级、细系氧化铝类级别0.5级、细系硅酸盐类级别0.5级、细系球状氧化物类级别0.5级、单颗粒非金属同化物部分级别1级。齿部表层内氧化层级别3级，齿轮齿部节圆表层金相机关为回火针状马氏体+残存奥氏体+碳化物，碳化物级别2级，残存奥氏体及马氏体级别2级，如图13、图14所示。齿部心部金相机关为板条马氏体1级，如图15所示。内孔表层金相机关为回火针状马氏体+残留奥氏体+碳化物，碳化物级别2级，残留奥氏体及马氏体级别2级，如图16所示。内孔心部金相机关为板条马氏体+貝氏体，级别为3级，如图17所示。
图13齿部表层内氧化层（×）
图14齿部表层金相机关（×）
图15齿部心部金相机关（×）
图16内圈表层金相机关（×）
图17内圈心部金相机关（×）
五、心部硬度、内孔部位及端脸部位层深剖析
用HR-A型洛氏硬度计根据GB/T—《金属洛氏硬度实践法子》测试齿的心部硬度为37HRC知足技巧目标请求，用恒一F-型维氏显微硬度计根据GB—《钢件渗碳淬火强硬层深度的测定和校核》，同时参照企业准则序列之中的渗碳淬火准则《齿轮渗碳及热管教工艺规程》，用1kg载荷举行表面硬度、硬度梯度以及有用强硬层深的衡量，与国标不同的是此处探测以HV处做为有用强硬层深的断定边界，将硬度梯度测试后果用弧线图表面给予表白，纵坐标为维氏硬度，横坐标为测试点离开表面的间隔，点连线示意硬度跟着间隔变动的趋向，以硬度法为准，HV处做为评估边界。对内孔部位衡量渗碳淬硬层深，测得强硬层深为0.mm；对端脸部位衡量渗碳淬硬层深，测得强硬层深为0.mm，揣测内孔磨削余量超出0.3mm。如图18、图19所示。
六、磁粉探伤剖析
过程实体显微镜检察和磁粉探伤觉察内孔表面存在有洪量的磨削裂纹，部份裂纹贯通一切磨削面，贯通裂纹之间再有良多微小裂纹，一共在试样内孔的5mm圆周领域内觉察了6条裂纹，哄骗CJW—型磁粉探伤机探伤内孔磨削裂纹描摹如图20所示。
图20
七、剖析与商议
1.起因剖析
非金属同化物偶尔脆性大况且强度低，与金属基体机关膨胀系数不同很大，非金属同化物的边沿部位应力散布极为不平均，其存在毁坏了金属材料基体的连气儿性，使材料机关的脆性增大，韧性消沉。条状硫化物非金属同化的存在是由于材料自己的杂质元素未获得有用净化而引发。然而其延长性较量好。同时生效件的条状硫化物非金属同化级别很低，并没有超出客户企标规章的级别，是以该弊病并不是致使内孔开裂的主因。
磨削渗碳淬火钢齿轮时简单产生磨削裂纹。个别产生于磨削表面，从本例中生效件的裂纹形状来看磨削裂纹笔直于磨削方位浮现平行散布，属于较量轻的第一类磨削裂纹。还没有抵达浮现严峻龟甲状第二类磨削裂纹的水平。
磨削裂纹的浮现偶尔是由内部应力引发所致使，主因是磨削时产生的磨削热，磨削来往区温度可达℃以上，磨削来往点温度可达℃以上，磨削热致使金属表面产生热应力和机关相变而引发体积变动的相变应力。
渗碳淬火齿轮的金相机关里的马氏体和残留奥氏体都是不褂讪相，况且处于膨胀状况。磨削时产生的高热使砂轮与齿轮来往区表面温度快捷抬高，当抵达～℃况且快捷冷却时一定会紧缩但仅产生在表面，此时基体仍旧处于马氏体膨胀状况，进而使得表面担当为拉应力而产生微裂纹。接续磨削将产生洪量磨削热，温度抬高到～℃，体积再次膨胀，当温度接续抬高到～℃时表层会产生相变引发体积增加产生表面的紧缩再次产生裂纹。马氏体的膨胀紧缩随钢中含碳量的添加而增大，因此渗碳淬火SAEH钢内孔的渗碳表面产生磨削裂纹尤为敏锐。同时淬火钢里的残留奥氏体因磨削热变动为新马氏体聚合在内孔表面又添加表面应力，此时接续举行磨削将会加快产生磨削裂纹。从内孔的外部受力来看磨削时表面和砂轮来往，内孔表面既受压应力又受拉应力使磨削表面产生残存应力也滋长磨削裂纹的产生。
2.改进举措
按照磨削裂纹产生的机理，为了消除该弊病须要从热加工方面和冷加工方面共通动手改进：
热加工方面思考到磨削裂纹产生的本源是渗碳淬火件的马氏体机关处于膨胀状况致使有应力存在，因此淬火后理当立刻回火管教以增加可能消除应力。为了防范本例中的水平较量轻的第一类磨削裂纹，理当在不产生齿轮硬度消沉的前提下于～℃内举行回火；即使回火一次后仍旧还会产生磨削裂纹则一定要举行二次回火可能人为时效管教。其它关于刚出炉的齿轮待冷却到常温后再磨削。
冷加工方面思考到磨削裂纹产生起因是磨削热，则消除道路是过程增加磨削热的产生和加快磨削热的传导分发这两个道路管教，分如下四个方面动手；
（1）采纳优异的冷却举措，保证工件获得优异的冷却，采用功能较量好的磨削液，加大磨削液流量，升高磨削液的压力，改良喷嘴构造可能采纳喷雾冷却，保证磨削液最大限度加入磨削地域，带走大部份磨削热量，采纳砂轮内冷方法以改进冷却前提。
（2）正当抉择磨削用量，升高工件转速和工件轴向进给量使砂轮和齿轮统一部位来往功夫变短，则砂轮关于来往面的加热功夫增加，传入到工件表层的热量大大增加。由于磨削深度关于磨削热的影响最大，为防范磨削热的洪量产生，在统筹临盆效率的前提下抉择较量小的磨削深度。
（3）将磨削历程分为粗磨和精磨，粗磨用粒度较量粗的砂轮，便于强力磨削，升高切削效率；精磨用粒度较量细的砂轮便于保证工件表面光洁度。
（4）砂轮的正当采用和休整：渗碳淬火齿轮硬度高，为消沉磨削热量在加工中采用硬度较量软，机关分散，磨料脆性较量大的砂轮，升高砂轮的自锐性维持优异的切削才略，同时保证光洁度的前提下抉择较量粗的粒度。正当抉择砂轮休整用量况且准时休整砂轮。
八、论断
（1）齿轮为一次性开裂。
（2）齿轮开裂首先是磨削裂纹为本源，然后在遭到外力的效用下时致使裂纹扩大并引发开裂。
（3）硬度和金相机关未见反常。
九、后续举措
为了有用贯彻不及格品不临盆，不采用，不流出的轨则，在接续保证渗碳热管教历程是受控的前提下，按照本厂宣布的裂纹剖析汇报和热、冷加工工艺给出的意见，该空压机齿轮供给商关于内孔磨削历程监审中觉察的几个反常点做如下处理：锁定磨削参数配置，有用遏止操纵者随便举行参数调动，固化程序，优化做战；停止磨削液流量和冷却地方；添加空压机齿轮安设孔的磨削烧伤探测况且与客户议论断定采用准则。除了每个班次的首末件理当要举行磨削烧伤探测以外，在每调换一次砂轮时都添加一件齿轮的磨削烧伤探测并出具磁粉探伤汇报。在履行以上诸项举措后未再浮现该磨削开裂局势。
磨削工艺不妥是产生内孔裂纹及生效的根本源因，过程调动优化磨削工艺参数，采用适合的磨削进给量和磨削余量，改良磨削工艺品质遏制过程，添加抽检频率，使得该品质题目获得了有用处理。
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