王 华

(上海市紧固件和焊接材料技术研究所有限公司 检测中心, 上海 201901)

某企业生产的分动箱齿轮在使用过程中发生断裂失效。该齿轮材料为20CrMnTi钢，其制造工艺流程为：原料→锻造→正火处理→粗车→精车→滚齿→渗碳淬火→低温回火→喷丸→磨内孔端面→磨齿→终检。技术要求齿轮表面硬度为58～62 HRC，心部硬度为30～43 HRC，表面渗碳有效硬化层深度为0.85～1.25 mm。笔者采用一系列检验和分析对该20CrMnTi钢齿轮的断裂原因进行了分析，以期类似事故不再发生。

1 理化检验

1.1 宏观分析

图1为断裂齿轮的宏观形貌，图2为齿轮断口宏观形貌。由图2可知，裂纹扩展区存在放射状条纹及疲劳弧线，可判断此断口为疲劳断口[1-2]。根据疲劳断口形貌特征，放射状条纹收敛处为疲劳源以及疲劳弧线的内侧是裂纹源的方向，而疲劳弧线的外侧是裂纹扩展方向，可判断出断口的疲劳源区位置。根据疲劳源区所在位置以及齿轮断裂方向，可判断出裂纹源位于齿轮节圆附近位置，裂纹扩展方向是由齿轮表面节圆附近向齿根扩展。

图1 断裂齿轮宏观形貌Fig.1 Macro morphology of the fractured gear

图2 齿轮断口宏观形貌Fig.2 Macro morphology of the gear fracture

1.2 微观分析

图3为断齿部分断口的形貌，疲劳源区是最早生成的断口，疲劳源区表面凹凸不平，比较粗糙，形成很多台阶，在循环工作载荷的作用下，疲劳源区的裂纹缓慢扩展，从而连接形成台阶。从疲劳源区断口可以看出，起始裂纹源位于齿面一直线上，因而可以称为线源，这个线源为齿面节圆附近的直线段上的微裂纹，从靠近线源附近齿面加工刀痕来看，线源与加工刀痕近似平行，加工刀痕的切削痕迹非常明显,且具有显著的方向性[3-4]。……