博一建材讯：1齿轮传动是机械传动中一种重要的传动方式，在机械设备运转过程中齿轮失效是最为常见的故障，它往往导致整体设备不能正常工作，因此，采取不同的热处理工艺及应对措施是在齿轮传动工作过程中尽量减少或避免齿轮失效的重要途径之一。下面就不同热处理工艺对齿轮失效形式的影响及采取的措施作一简述。2调质与正火软齿面齿轮调质与正火工艺多用于制造负荷较轻的齿轮。如某些机床挂轮、农机具齿轮等。一些大模数齿轮也常采用这种工艺，如矿山机械齿轮等，因齿轮齿面硬度低，在传动过程中常出现齿面磨损、划伤和胶合损伤等情况，大模数齿轮还出现麻点剥落。剥落坑与硬齿面相比较，面积较小，深度较浅。对于调质钢，压缩弯曲疲劳高于拉伸疲劳强度，因此当齿轮拉伸侧的裂缝扩展速度过快时，易造成疲劳折断。措施：可采取适当提高齿面硬度的渗碳淬火热处理工艺，以增加齿面抗点蚀能力，同时这类齿轮一般选用较大的安全系数，尽量避免断齿情况的出现。3渗碳与碳氮共渗淬火硬化处理此工艺由于可获得高的齿面硬度和高的残余压应力，因此具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，并可承受高的传动扭矩和高速度。如汽车、拖拉机、坦克等重要传动齿轮都采用此工艺。硬化齿面的接触疲劳损伤与软齿面不同，易出现发展型麻点，麻点剥落坑较大，剥落坑进一步发展，在原剥落基础上继续裂纹扩展，穿通另外的剥落坑，进而造成大面积剥落。以渗碳正火后作淬火硬化处理齿轮失效为例，原始工作情况如下：某工厂制造735kW内燃机车上的螺旋锥齿轮，该齿轮直接驱动机车的车轮（如所示），机车载重800t，启动和运行过程中，该齿轮轴的齿部承受较大的转矩，初步计算，运行时的转矩为13400Nm，运行10000km后拆检时发现齿轮表面发生磨损、压陷和剥落。齿轮材料为20CrMnTi，热处理工艺930℃气体渗碳，炉内预冷到860℃（空冷），再加热淬火，最后回火，要求渗碳淬火后表面硬度达到HRC56～62，深度为1.5mm～2.0mm，心部硬度达到HRC30～48.此外，在高接触应力情况下，由于最大切应力的作用，常在渗碳层过渡区的薄弱部位产生平行于表面的裂纹，而该裂纹往往就是传动齿轮产生微裂缝开始的发源地，如果硬化深度不够，裂缝就有可能从内部产生，进而发展成硬化层剥落。接触疲劳剥落发展到一定程度，接触面积小，接触应力增大，应力／强度比值增大，或产生偏载，进而发展到齿顶崩裂或断齿而失效。措施：对表面压碎的剥落失效，最有效的方法是适当增加轮齿硬化层的有效深度，同时适当增加轮齿心部材料的硬度，而对表面裂纹发展而成的剥落，说明齿面承载能力不足，因此往往需要对齿轮进行重新设计。4表面感应加热淬火齿轮的失效表面感应加热淬火由于人为及其它因素影响，在生产中常出现工艺重现性差，表面硬度不均匀，硬化层深度过浅及裂纹等缺陷，由此在齿轮传动过程中易出现剥落、齿顶崩落等现象。以中碳钢齿轮为例，经表面感应加热淬火(有关金属退火回火淬火的三大工艺的介绍)后，可获得沿齿廓分布的或呈凸肚状表面硬化层，都有较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。与渗碳钢相比，中碳钢经表面感应淬火后，其接触疲劳抗力稍低于渗碳钢，而弯曲疲劳抗力则优于渗碳钢。这是由于表面淬火后得到较多的位错马氏体组织，但表面硬度相对较低，有利于提高齿根的弯曲疲劳强度而不利于表面耐磨性和接触疲劳强度。其损伤特征与渗碳淬火齿轮不同，感应淬火齿轮接触疲劳损伤多出现麻点剥落而较少发生硬化层压碎现象。如感应淬火工艺不当，则出现齿顶“戴帽”现象，齿根圆角未能得到淬火马氏体组织，或者轮齿被淬透，因而易出现齿顶崩落或在齿根处发生疲劳折断现象。措施：对于表面感应加热淬火中出现的轮齿表面硬度不均匀、过高、过低及过浅等缺陷而带来的传动齿轮失效，一般要检查钢材质量，合理选择冷却介质以及工艺参数等。5喷丸强化对齿轮失效的影响利用抛丸器或喷嘴将钢丸高速射向齿轮表面，用以清除齿轮表面的氧化皮和粘附物，同时因变形和冷作硬化层的影响，可在齿轮表面形成一层残余压应力。由于残余压应力的作用，抵消了由交变载荷所引起的拉应力，从而能显著地提高弯曲疲劳强度，并能抑制和减缓应力腐蚀，从而有效避免了齿轮传动过程中的失效。为40Cr钢经碳氮共渗处理（共渗层0.4～0.5mm），淬、回火后表面硬度HRC59的试样，多冲弯曲疲劳寿命和喷丸时间的关系曲线。从曲线可以看出，试样经30s的喷丸强化后，明显地提高其弯曲疲劳寿命。随后，N－t曲线趋于水平。再增加喷丸时间，对弯曲疲劳抗力的提高已不明显，出现一种饱和状态。表示喷丸与未喷丸试样的接触疲劳寿命。由图可知，在高接触应力下，喷丸处理试样的寿命低于未喷丸试样，随着接触应力的降低，二者之间的差别逐渐减小，当接触应力降到某值（图中两线交点）以下时，喷丸试样的寿命高于未喷丸试样。在高接触应力作用下，喷丸强化层下的次表层上易萌生裂纹并迅速扩展，靠近表层的残余压应力因而被局部松弛，亚晶粒逐渐长大，并产生浅层剥落。在齿轮正常的使用条件下，即接触应力低于图中两线交点值时，由于表层强化和表层残余压应力的存在而延缓了表面裂纹的萌生和发展，难以产生浅层剥落，因此接触疲劳寿命提高。措施：（1）因喷丸强化层内的压应力和组织结构并不是固定不变的，零件在室温和高温下长期承受交变应力的过程中，残余压应力会慢慢松弛，逐渐消失，亚晶粒也会逐渐长大。因此喷丸的齿轮使用过一段时间后，如欲恢复其使用效果，需要再喷丸强化。（2）可采用激光喷丸等新技术，能更有效改善齿轮的强度、耐磨性和耐腐蚀性以及更有效提高齿轮的弯曲和接触疲劳强度，进而减少齿轮失效。（3）选用合适的喷丸参数。6结语造成齿轮传动失效的原因往往并不是单一条件而是多方面因素造成的，通过采取不同的热处理工艺是减少或避免齿轮失效的重要手段之一，因此今后进一步改进、提高和研发热处理工艺的流程及标准，对防止齿轮失效具有重大的现实意义。
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