殷桂明，吴国文，罗志勇

(广州地铁集团有限公司运营事业总部，广州 510700)

某城轨地铁A2型车辆牵引齿轮箱从动齿轮(齿数107，m=5.5，φ650 mm×204 mm)经探伤检测发现存在批量齿面裂纹故障，在201个齿轮箱拆解维修过程中，检查发现59个齿面存在裂纹或掉块问题，裂纹齿轮占比约为29.4%。该型齿轮设计寿命为30年，目前齿轮仅到全寿命周期的1/3，批量出现裂纹失效属于异常情况，影响该型车辆齿轮箱正常维修。为此对该型车辆齿轮进行裂纹产生原因分析。

根据厂家提供的技术资料，该齿轮材料牌号：18CrNiMo7-6(依据标准EN 10084)，该材质的齿轮一般加工方法为锻造、车削、滚齿、钳工，半成品齿轮表面经渗碳、淬火回火等热处理，再进行磨齿，最后磁粉探伤齿轮表面[1]。表面有效渗碳层0.8～1.2 mm，表面硬度:(700+80) HV，化学成分符合EN 10084的要求，且H≤2.0×10-6,S≤0.025%，P≤0.020%，机械性能:屈服Rp0.2/Re≥785 MPa，抗拉Rm≥1 080 MPa，延伸率≥11%,断面收缩率≥40%，室温冲击Kv2≥40 J，其余要求(晶粒度、表而金相、心部组织、心部硬度、脱碳层、晶间氧化等)应符合DIN 3990中表5的MQ的要求[2]。

1 齿轮检测及分析

1.1 磁痕分析

该从动齿轮裂纹主要出现单侧齿面中部位置，磁粉检测裂纹磁痕细长，严重时存在掉块现象，裂纹形式呈现多个齿(各齿均存在1～5条长度不等的裂纹)、集中单侧、均沿齿面接触线方向延伸(即横向，与轴中心线方向<20°)等分布形态，该齿轮也作为后续，裂纹长度在2～70 mm范围内，但未发现贯通边沿的表面裂纹，齿轮典型磁痕状态如图1所示，该齿轮作为后续裂纹形态、金相分析和渗透层及硬度检测的送检样件1。失效最为严重的是整圈57个齿轮存在齿面裂纹或掉块，其中49个在同侧、8个在对侧，齿面掉块状态如图2所示，该齿轮作为后面的力学性能测试的送检样品。

图1 齿轮裂纹表面磁痕状态(样件1)

图2 齿轮掉块形貌(样件2)

1.2 材质分析

采用委外送检形式，对送检齿轮的裂纹部位取样进行化学成分分析，检测内容元素名称和结果如表1所示。

表1 齿轮裂纹位置化学成分分析结果