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什么是减速机?减速机开裂怎么办?

时间:2020-07-15  浏览次数:载入中...

       减速机是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮( 或蜗杆、齿轮-蜗杆) 传动所组成的独立部件,一般在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用,在冶金、有色、煤炭、建材、工程机械及石化等行业的应用。

      齿轮机加工流程为: 下料→锻造→调质→粗车( 各个表面至 3.2 μm) →半精车( 各个表面)→滚齿→倒角→渗碳→车螺纹部位渗碳层→淬火+低温回火→磨齿( 内孔、端面) →清洗→强化喷丸→清洗→成品检查入库。其锻造温度为 1 200 ℃,调质工艺为 880 ℃ ×2 h油冷淬火+ 530 ℃ × 2.5 h 高温回火,半精车∅43mm、∅57mm、∅65mm、∅70mm、∅174mm、∅34.5 mm,渗碳淬火工艺为 920 ℃ ×6 h 渗碳+830 ℃ ×2 h 油冷淬火+200 ℃×3 h 低温回火,磨齿成形精度至 0.8 μm,喷丸覆盖率 120%。其断口见图 2a 所示,在齿轮小端( 见椭圆区) 出现了开裂,小端的尖角部位从体上出现了剥落,断口近似呈三角形,长度 24 mm,宽度 8 mm,见图 2b所示,断口的外周边是渗碳淬火层。将断口进行超声波+丙酮清洗并在VHX -6000 数码显微镜下观察,见图 2c所示,可看出断口芯部有白色亮点( 见椭圆区) ,从白色亮点位置向四周扩散的纹路,说明此处就是所寻找的裂纹源,要对此处进行重点分析。图 2d 是裂纹扩展区的裂纹形貌,从图中可看出是解理断裂,部分晶粒表面受到了磨损; 图 2e 是图 2b 方框位置的断裂形貌,此处是断口的渗碳层位置,可看出该处的断口是沿晶+撕裂棱,说明该处的硬度较高。

      对减速机齿轮进行检测,其材料成分、金相组织、表面硬度符合技术要求,导致齿部出现开裂的主要因素为: (1) 淬硬层深超过技术要求,齿轮经渗碳以后,其齿部是含碳量较高的过共析钢,芯部仍然是亚共析钢,在油中进行淬火冷却时,表层首先冷却,芯部次之,当温度冷却到马氏体转变温度 Ms 时,表层首先转变成马氏体,体积增加,表层材料有向外“膨胀”的趋势,这会对芯部材料形成“拖拽”作用,导致芯部受到拉应力,此时表层材料受到向内的压应力。芯部材料含碳量较低而有较高的马氏体转变终了温度 Mf,随着冷却的进行,当温度低于芯部马氏体转变终了温度 Mf时,芯部组织停止转变,表层材料含碳量较高,有较低的马氏体转变终了温度 Mf,在室温下会继续转变,这会导致表层向外涨大的趋势会一直进行,芯部受到的拉力会逐渐增加[4]; 齿部有效硬化层越深,这种应力效应越明显,这是导致齿轮从芯部开裂的第 1 个原因。(2) 经扫描电镜分析,裂纹源位于齿的内部,且有较多的 O、Al、Ca、Na 等元素组成的非金属夹杂物[5],这些夹杂物硬度较高,比如 Al₂O₃,其莫氏硬度为 9,几乎没有塑性; 这些硬度较高的非金属夹杂物会破坏基体组织的一致性和连续性,在受到外力作用时,高硬度的夹杂物颗粒不产生变形,其颗粒尖角会对基体组织产生强烈的“切割”作用,这会在夹杂物周围产生高度的应力集中形成裂纹源[6],再加上内部受到较大的拉应力,导致裂纹从内部扩展,这是开裂的第 2 个原因。

      综上可知,齿轮开裂原因首先是有效硬化层过深,其次是材料芯部有夹杂物。经过对热处理工艺进行追溯,发现齿轮进行了混装拼炉,导致渗碳时间过长,改进措施是不允许拼炉混装。另外,发现供应商为了降低成本,把本该用特钢的材料换成普钢材料,导致夹杂物增多,造成早期失效,改进措施是指定特钢公司,不允许随意更换材料。经过采取上述措施,改进减速机后齿轮的渗碳层组织为 2 级M针+A残,硬化层深度为 1.9 mm,夹杂物评定为 1.5 级,均符合技术要求,彻底解决了齿轮的开裂问题。




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