​大齿轮开裂的研究分析

大齿轮开裂的研究分析
目前，大齿轮已经成为许多机械产品不可缺少的组成部分，广泛应用于各种传动机构中。它通过轮齿啮合在空间的两轴之间传递运动和动力，同时还承受较大的冲击载荷、交变弯曲应力和接触应力。在大齿轮的制造阶段，特别是热处理后的加工过程中，齿顶和齿根经常出现裂纹。
本文以采煤机大齿轮为研究对象，齿轮材料为18Cr2Ni4WA。渗碳齿轮钢具有良好的淬透性和冲击韧性，渗碳淬火后具有高的接触疲劳强度、硬度和耐磨性。在储存过程中，发现几个大型双轴齿轮的齿顶有裂纹。除了裂纹的数量之外，裂纹的形状和位置是相似的。
1.理化分析
（1）宏观分析
大齿轮的裂纹部分位于齿的顶部（即从齿顶到节圆）。裂纹深4~7mm，裂纹基本垂直于轴线。相邻几个齿的裂纹方向基本一致，可以连成一条线，属于横向裂纹。
（2）化学成分分析
在齿根下部取样，酸浸样品上没有明显的疏松或偏析。
（3）裂纹形貌分析
裂缝的线条看起来很柔软，末端又圆又秃。带状夹杂物是由齿轮复杂的锻造成形引起的，这两个步骤是分开形成的。齿轮台阶成形时，中间材料横向延伸，齿轮外圆方向没有足够的锻造比，导致非金属夹杂物伸长。
（4）金相组织
用NEOPHOT-21光学显微镜观察了未裂牙、中间牙和裂牙的金相组织。大齿轮合理硬化层为0.998mm，表面硬度为58.9~61.0HRC，芯部硬度为40.5~42.5HRC，根据真实齿轮渗碳金相和合理硬化层的检验数据，金相组织及相应的显微组织级别无异常，满足大型齿轮热处理的技术要求。
2.结论及建议
大齿轮原材料中夹杂物的等级过高，大尺寸、致密的非金属夹杂物破坏了金属的连续性，造成局部应力集中，产生细小裂纹。齿轮淬火后残余应力进一步增加。由于回火，裂纹不穿透表面，而是在齿轮后续磨削应力的作用下发生应力叠加。在随后的放置过程中，应力释放导致裂纹穿透牙齿表面。结合裂纹形状、裂纹走向和裂纹分布，裂纹是由原材料中的夹杂物引起的，大齿轮因锻造工艺不理想而开裂。