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做家：张君，李硕
单元：中车兰州机车有限公司
来历：《金属加工（热加工）》杂志
某电力机车在运转靠近一年后，反应第4位从动齿轮齿圈断裂。齿轮多个齿产生严峻毁坏，险些一共的轮齿均在靠车轮的一侧涌现裂纹，见图1，从动齿轮也有部份轮齿在中部倾向车轮部位产生疲惫裂纹，疲惫断裂特色十显然显，见图2，况且由图看来该部份多个齿持续断裂，已被严峻磨损。
电力机车从动齿轮，轮心材质为ZG25Ⅱ（ZG-）；齿圈材质为42CrMo，表面中频感到淬火，淬硬层深度请求1～3mm，轮齿表面硬度请求52～58HRC，心部请求调质解决，硬度～HBW。
1.断口剖析
该齿轮在运转中涌现多处疲惫裂纹，此中进展最快以致终究断裂的断口情状如图3所示，裂纹出处于表面此中A区为裂纹源区，有磨损和变形；B区为疲惫裂纹扩充区，贝纹线格外清楚，且扩充得较为充足，无台阶；C区为刹时破断区，有显然的喷射状条纹，且纹路较粗。除完毕部场合外，断口团体无宏观塑性变形。
2.化学成份剖析
化学成份实验完毕见表1。由表1的化学成份剖析完毕看来化学成份相符GB—的请求。
表1从动齿轮化学成份（原料分数）剖析完毕（%）
元素
C
Si
Mn
P
S
Cu
Cr
Mo
实测值
0.44
0.32
0.68
0.
0.
0.
1.09
0.18
请求
0.38～0.45
0.17～0.37
0.50～0.80
≦0.
≦0.
≦0.25
0.90～1.20
0.15～0.25
3.金相磨炼
（1）非金属搀和物磨炼
操纵DK型线切割机在疲惫裂纹源临近切取金相试样，经磨制、抛光，遵从GB/T—《钢中非金属搀和物的丈量定准则评级图显微测定法》准则的请求，在NEOPHOT32显微镜下考察，实行非金属搀和物的磨炼，磨炼完毕为：A0.5，B0.5，C1.0，D1.5，存在较大块的独自的搀和物，见图4，强调倍数为×，大块搀和物在显微镜下丈量，其长约0.08mm，宽约0.03mm，此外部份的搀和物在寻常划定的及格领域内。
（2）从动齿轮心部机关磨炼
齿轮金相试样经4%硝酸酒精溶液腐化后，在NEOPHOT32显微镜下考察，金相磨炼完毕见图5，此中铁素体机关为条块状及少数网状散布，此外为回火索氏体。
（3）从动齿轮淬硬层机关磨炼
齿轮淬硬层金相机关磨炼完毕见图6，此中马氏体机关呈细针状。
4.硬度磨炼
（1）从动齿轮心部硬度磨炼
遵从GB/T.1—《金属布氏硬度实验第一部份：实验法子》实行硬度磨炼，完毕为HBW；看来齿轮心部硬度相符技巧请求。
（2）从动齿轮齿面硬度
遵从GB/T《金属材料洛氏硬度实验第一部份：实验法子（A、B、C、D、E、F、G、H、N、T）标尺》实行硬度磨炼，由于齿面硬度不平匀为了说明从动齿轮表面硬度及散布的详细情状，咱们实行了屡次探测，完毕见表2，硬度平匀值为46.0HRC。
表2表面硬度测试完毕（HRC）
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平匀值
硬度值
46.5
51.5
47.0
49.0
29.5
51.0
54.0
34.0
51.0
50.0
46.0
从表1的测试数据咱们看来，淬硬层硬度整体及平匀值均低于技巧请求，且齿轮表面硬度很不平匀，再有显然的软点。
（3）从动齿轮淬硬层深度及完全性探测
操纵DK型线切割机切割剖解后，切取了一个轮齿截面，实行淬层磨炼，齿中部的淬硬层深度2～3.5㎜，且团体较为完全如图7所示，顶部由于磨损层深略浅。
斟酌到齿轮裂纹均从靠拢车轮一侧产生，况且最低的硬度值是在靠拢车轮一侧涌现的，是以咱们对齿轮靠拢车轮一侧产生断裂的轮齿的淬硬层实行磨炼，完毕如图8所示，看来淬硬层不够完全，有很多场合没有淬硬层。
5.剖析议论
从理化磨炼完毕可知，从动齿轮齿圈化学相符请求，心部硬度相符技巧请求，表面硬度整体低于技巧请求且有较大的硬度不平匀，再有显然的软点，淬硬层在靠拢车轮的一侧有较大部份不完全，齿轮心部机关调质不良，有针状、块状及网状散布的铁素体，搀和物含量团体不高，但有个人较大的搀和物颗粒存在。
从动齿轮在机车运转的历程中，存在轴向力、径向力及笔直于齿面的做使劲，况且有转动和滑动磨擦力，此中笔直于齿面的做使劲是形成断齿生效的最重要做使劲成分。由于此外成分的影响能够形成额外的附加做使劲，形成受力不均，如偏角载荷。在寻常情状下齿轮表面受力最大，齿根部应力纠合最大，而齿面节圆临近应力最繁杂。
由于齿轮表面靠拢车轮的一侧存在淬硬层不完全，齿轮表面硬度低且硬度及不平匀，又存在受力不平匀，不只相当于加大完毕部的劳动应力，况且使应力方位产生改变，在该种轮回载荷的影响下，齿轮表面产生了疲惫裂纹源，在应力的影响下，裂纹沿应力最大的方位扩充，较大搀和物的存在和心部机关不良放慢了疲惫裂纹的扩充速率，当裂纹扩充到不够以赞成外力时，产生刹时破断。
经过对断口的剖析还能够看出，裂纹均出处于齿轮表面，做使劲低于材料顺从强度，应力纠合不大，无显然的攻击载荷存在的迹象，表面无严峻的烧伤和腐化的迹象。
对此情状进前进一步的剖析，齿轮表面靠拢车轮一侧淬硬层不完全，大概是由于感到线圈运转不到位，大概有偏角，以致齿轮表面靠车轮一侧部份部位没有淬到火；理化目标中硬度不均、硬度偏低及调质机关不良，主若是由于调质淬火加热和保温工夫不够，奥氏体化不良和奥氏体平匀化差。假如在调质前觉察机关不均性严峻，能够实行预先的热解决。偏角载荷的形成起因较多，重要有齿轮尺寸精度不高、装置不好、大概与其合做的关连零部件尺寸精度不高，运转中有不良工况产生及运转中在轴向做使劲的影响下齿轮产生轴向活动等等。
TB/T—《机车牵引齿轮齿廓感到加倍技巧前提》中划定，灵验齿宽强硬区应不小于齿宽的80%，齿宽两头各10%齿宽领域不做反省，不过危翔等人的钻研说明，如许的划定存在缺点，已不适应重载机车齿轮的劳动前提。
6.论断
经过以上的剖析，从动齿轮齿圈断裂是由于齿轮自身存在原料题目及所受载荷不平匀以致的疲惫断裂。
齿轮自身存在的原料题目：感到热解决不良，以致靠拢车轮一侧淬层不完全；冶金原料不良存在大的搀和物；热解决调质原料不良，有条块及网状散布的铁素体存在。从动齿轮表面硬度低，且硬度不平匀。
7.提倡
（1）加倍磨炼齿轮精度及装置原料的反省。
（2）加倍探伤及工序间金相反省劳动。
（3）针对齿轮临盆应严峻遵从关连准则，加倍原材料磨炼，严峻实行热解决工艺及工艺历程的磨炼。
（4）针对旧齿轮理解昔日的磨炼情状，如磨修等，由关连部门钻研把持办法并加倍反省把持。
（6）加倍齿轮制作准则的钻研，肯定齿轮齿廓强硬层的散布。
商务合做：13598334
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