浅谈轨道车齿轮裂开失去作用研究

　　由于齿轮断口具有明显的放射状花纹，沿其逆向可发现裂纹源在油孔上边缘直径变化处(2区域)。裂纹源位于油孔直径变化处(M14～510)，并且此处存在明显尖角，淬火处理时此部位易于出现应力集中，尤其对于大尺寸合金钢零件开裂倾向明显。齿轮断裂面的微观形态通过扫描电子显微镜观察齿轮断裂面，发现：(1)渗碳层组织颜色灰暗、平整细密，无裂纹、夹杂物等缺陷，为渗碳层与裂纹源区交界处形貌;(2)裂纹源区为具有反光小面的冰糖状断裂面，属于典型沿晶断裂形貌。在裂纹源区边缘存在氧化薄膜。

　　通过观察可见断面存在多处二次裂纹，说明齿轮开裂时存在较大内应力。这一方面是合金材料本身性质造成的，另一方面说明淬火变形量大，且回火时未能及时彻底消除内应力。齿轮断裂面的硬度测定可见，齿轮渗碳淬火前未堵塞齿轮油孔，齿轮油孔内壁被渗碳淬火。

　　测定点编号abcdefg测定点位置油孔壁油孔壁齿根花键槽芯部芯部轮辐表面维氏硬度(HB)洛齿轮断裂过程分析齿轮油孔上段加工螺纹，上段与下段过渡区存在明显尖角，这些结构均易产生应力集中;同时齿轮热处理时油孔内壁经渗碳淬火，而18CrMnTi钢渗碳后，由于碳浓度不同使渗碳层各区的奥氏体稳定性不同，如热处理工艺不当，则易产生裂纹。通过上述齿轮断面的宏观与微观形貌分析，已证实齿轮热处理后油孔内壁渗碳层与芯部交界处产生淬火裂纹和大量二次裂纹，它们大多垂直于油孔内壁方向分布，这由齿轮结构、材料和热处理工艺等多方面原因造成。

　　齿轮传动承载时，油孔内壁淬火裂纹 处于拉应力与剪应力共同作用的复杂应力状态之下，这时那条淬火微裂纹首先扩展，将主要取决于裂纹尺寸、扩展方向承载面积和应力状态是否利于裂纹扩展。靠近花键槽根部的裂纹源处于拉应力与剪应力的复合状态，且拉应力占主导，利于裂纹扩展;同时扩展方向承载面积小;在应力集中作用，裂纹 应力显著增大，沿 大正应力方向发生瞬时脆性断裂。

　　齿轮断裂属于低应力脆性断裂，断面平整。齿轮失效断裂与齿轮热处理工艺不当有关。渗碳淬火前未堵塞齿轮油孔，此处结构易产生应力集中。未能及时彻底消除残余热应力。在二者共同作用下，齿轮油孔内壁渗碳层与芯部交界处产生淬火裂纹，导致脆性断裂。今后齿轮生产中，在齿轮渗碳淬火前，应采用石棉绳堵塞齿轮油孔，避免油孔被渗碳淬火，并严格控制热处理工艺。