中部断口凹凸不平。值得指出的是：在断裂的锥齿上 看不到任何疲劳断裂的明显特征，这与一般齿轮断裂 情况明显不同。此外，观察ｌ。和２。样品的宏观断裂形 貌．发现两者基本一样。这说明两者断裂机理一样。 ２．２扫描电镜断口分析
为进一步判断断裂机制．将２个断裂的齿面在 扫描电镜下观察，典型的断口形貌见图３。从齿轮的 受力情况分析，齿轮传递载荷时．齿根承受弯曲交变 应力。在超过材料疲劳极限的弯曲交变应力作用下 容易引起疲劳折断，所以齿轮的一般断裂应该是疲 劳断裂。但从图中可以看出，在低倍下，断口平整且
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ 实验方法
对断裂的齿分别编为１。和２。。对它们进行宏观 分析。采用扫描电镜进行齿面断口分析，用能谱分 析方法对断口上典型的区域进行成分分析。对断裂 后的齿面制样并进行金相组织观察。
２实验结果分析
２．１宏观分析 图ｌ为未损坏锥齿轮的宏观照片。图２为断裂
锥齿轮的宏观照片。由图２中断齿的侧面可以明显 看到月牙型的断裂面，侧面的宏观断口形貌较平整，
没有疲劳辉纹（疲劳条带），说明它不是疲劳断裂。在
（ａ）Ｉ。试样
：
高倍下。没有看到韧窝等塑性变形痕迹。同时也没有
看到河流花样或舌状花样等脆性断裂微观特征。此
外．从图中也可以观察到断１２１表面有大量颗粒状物
质。以上这些特征既不符合脆性断裂特征，也不符合 韧性断裂特征。造成这种断Ｌ１形貌的原因，将结合能
０Ｆｅ
收稿日期：２０１０４）４－２６ 作者简介：秦亮（１９８６－），男，湖南郴州人，硬士研究生，主要从事金属材
斟热处理研究：电话：１３４３８０７１６７７；
Ｅ—ｍａｉｌ：ｑｉｎｌｉａｎｇｌｉａｎｇｑｉｎ＠１２６．ｃ哪
图２断裂锥齿轮宏观照片 Ｆｉｇ．２ Ｒｕｐｔｕｒｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅｓ ｏｆ ｂｅｖｅｌ ｇｅａｒ
面。随后残存在断口上。 ２．４金相分析
图５为样品齿面的淬火层金相照片。可以看 出．淬火层组织为【口】火屈氏体＋索氏体。在齿面的中 部发现裂纹，该裂纹基本平行于齿轮的厚度方向。该 裂纹符合淬火时组织应力形成的裂纹特征。
３断裂原因分析
处理．发蓝液中的Ｃｌ、Ｓ和Ｏ等元素扩散到裂纹表
宏观观察町看ｍ．断裂街边缘处月牙利小端而
（２）对于齿轮，由于高频感应区加热速度及冷却 速度快，容易造成组织应力过大使得齿面产生裂纹。 建议厂家在感应淬火时，重新调整电参数、适当降低 加热速度，并改油冷为用２５１淬火介质冷却。减少组 织应力。
采用改进的感应淬火工艺后。厂家生产的齿轮 没有再次出现类似的情况。
参考文献：
【１１ 柬德林。工程材料力学性能［Ｍ】．北京：机械工业出版社， ２００６．
２０１０年１１月
的形貌与心部的形貌完全不同，说明两部分断裂机 理不同（由于齿面有裂纹。受力下裂纹扩展至心部， 心部发生塑变韧断，因此不平整。当裂纹足够大的时 候，齿轮迅速被撕裂，发生脆断，因此端部平整）。通 过扫描电镜观察，断口没有疲劳辉纹等疲劳断裂特 征．说明齿轮并不是在工作时由于负载而产生的疲 劳断裂。金相组织分析发现，在断裂齿面中部存在 裂纹．这条裂纹应该在齿轮使用之前就存在。通常， 断口处一定是主裂纹．它基本出现在齿轮根部受力 最大处。使用过程中。在外力作用下，主裂纹一定会 在应力作用下扩展，消耗大量能量，这就不可能又在 受力小的中部重新产生新裂纹。同时，裂纹特征符 合淬火时组织应力形成的裂纹特征。金相观察没有 出现脱碳现象也没有出现氧化皮．说明这不会是原 材料的裂纹。而且如果原材料表面有裂纹，那么经 过一系列加工后，裂纹会扩展，特别是经过高频淬火 后，齿轮会显著开裂。调质过程一般不会出现裂纹。 如果调质出现裂纹，那么在加工锥齿过程中，裂纹会 向多方向扩展，不会像观察到的这么有规律、一致， 并且在高频淬火后有可能显著开裂。这说明裂纹是 在齿面高频淬火过程中产生的。能谱分析表明，断 口表面存在Ｃｌ、Ｓ和Ｏ等元素。这是因为淬火裂纹 形成后在随后的发蓝过程中，发蓝液中的Ｃｌ、Ｓ和Ｏ 等元素扩散到裂纹表面，随后残存在断口上。同时由
【刳４ ｌ毒｝ｆ【】陇ｌ捋分移ｒＩ冬Ｉ Ｆｉｇ．４ ＥＰＳ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓｕｒｆａｃｅ
纹，发黑处理液渗入裂纹并残留在断口表面。处理液 与断面金属发生化学反应。从而使得断口表面含有 大量颗粒状物质，同时改变了微观断口形貌。能谱 分析也证明了这种分析。
进一步分析，齿轮工作时采用油润滑，在裂纹存 在的情况下．由于毛细作用，油进入断面并残留在断 口上．所以表现ｆ｝｛碳含量高。至于存在ＣＩ、Ｓ和。等 元素．是因为齿轮制造过程的最后一步采用了发蓝
于裂纹存在，使润滑油也渗入裂纹中．在挤压作用下 残留在断口上，造成断口上的高碳现象。通过对断 裂面的宏观观察、扫描电镜观察、能谱分析和金相观 察结果可以得出，裂纹是高频淬火过程中产生的，不 是工作时产生的。
４结语与建议
（１）锥齿轮发生齿断裂的原因是在齿轮装车使 用前齿面上存在微裂纹，该裂纹是在高频淬火时由 于组织应力产生的。
（＆ｈｏｏｔ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｗｅ坩ｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ５０Ｚ ｓｔｅｅｌ ｂｅｖｅｌ ｇｅａｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍａｃｒｏ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｅｎｅｒｇｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＳＥＭ ａｎｄ ｍｅｔａｌｉｏｇｒａｐｈｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ５０Ｚ ｓｔｅｅｌ ｂｅｖｅｌ ｇｅａｒ ｉｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｔｉｖｅ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， ａｎｄ ｉｔ ｃａｕｓｅｓ ｔｉｎｙ ｃｒａｃｋ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｏｔｈ ｏｆｔｈｅ ｇｅａｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｂｒｅａｋｓ ｕｎｄｅｒ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ａｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｂｅｖｅｌ ｇｅａｒ；ｅｎｅｒｇｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｈ．？ａ．：，Ｘ１ １
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谱分析结果进行解释。
２．３能谱分析
图４为断裂样品断口典型区域的能谱分析图
像。可以看到，断口存在Ｃｌ、Ｓ、Ｏ和Ｃ等元素，同时
碳含量相当高．正常情况下不会出现这种情况。根
据能谱分析结果，结合断口分析与加工工艺过程分
析如下：由于在制造齿轮过程中．高频淬火后采用了 发黑处理。可以认为由于高频淬火过程中产生了裂
网５高频淬火处朋后衔尖表ｆｆ｝『组织 Ｆｉｇ．５ Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｅｖｅｌ ｇｅａｒ ａｔｉｅｒ ｈｉｇｈ·ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
《热加工工艺》２０１０年第３９卷第２２期
万方数据
１９７
材料热处理技术｜Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
随着振动移动。对挡片产生轴向顶撞力。滚柱与衬套 位置，造成应力集中。建议挡片只在中心位置开一
之间存在间隙，振动可能造成滚柱轴向顶撞力偏析。
个孔。
２．４组合件配合不当
（３）滚柱轴向顶撞力及滚柱轴向顶撞力偏斜。
挡片（表面硬度５７～６０ ＨＲＣ。心部硬度２８～
造成挡片偏磨，形成应力集中。建议增加配重动平衡
【２】 祝国华，战祥丽．零件热处理裂纹的分析与对策［Ｊ】．机械工 人，２００４，（８）：４９．５０．
【３】 郑周。崔国栋，高国庆．汽车连接杆的实效分０ｆ［．ｑ．热加工工 艺，２００９，３８０９）：１４９．１５１．田
（上接第１９５页）此方法只能检查配重重心是否在轴 体抗疲劳强度。建议热处理时减少挡片心部和表面
关键词：断裂；失效分析；锥齿轮；能谱分析
中图分类号：ＴＧｌ６２．７３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１．３８１４（２０１０）２２—０１９６—０３
Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＯＨ ５０Ｚ Ｓｔｅｅｌ Ｂｅｖｅｌ Ｇｅａｒ Ｑ斟Ｌｉａｎｇ，ＧＡＯ Ｇｕｏｑｉｎｇ，ＤＵ Ｗｅｉｊｕａｎ，ＹＡＮＧ Ｃｈｕａｎ
３０ ＨＲＣ）孔部位在卡圈（硬度５０ ＨＲＣ）与滚柱（６０ＨＲＣ） 检测，确保配重重心在配重中心。
的剪切面位置．造成应力集中。挡片与滚柱配合面
上出现磨损，磨损部位应力集中，形成裂纹源或促进 参考文献：
腐蚀。
【１】Ｌｙｃｏｍｉｎｇ发动机公司．Ｌｙｅｏｍｉｎｇ发动机翻修手册【ｚ】．美
３ 结语及改进建议
国：Ｌｙｅｏｍｉｎｇ发动机公司．２００９． 【２】 机械工业职业技能鉴定指导中心．中级机修钳工技术【Ｍ】．
１９６
万方数据
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０ １ ０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．２２
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ９材料热处理技术
图３断裂样ｆ１捕断ｎ分析 Ｆｉｇ．３ ＳＥＭ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓｕｒｆａｃｅ（ｓａｍｐｌｅ ２勺
（１）挡片心部硬度低、表层硬度高，受外力时容ｆ３】辈嘉善攘糍睾誓蕊薹巍川Ｊ】．中国橡胶，
易在表层萌生脆性裂纹。心部硬度低，降低了挡片整
２００９，１６：３３．３７．田
１９８
万方数据
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０ １ ０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．２２
某厂为汽车制造公司生产一批锥形齿轮。用户 发现该厂生产的锥齿轮在汽车试车时发生掉齿现 象。齿轮生产厂将本次生产的未发给用户的齿轮进 行萤光探伤．发现齿尖也有圆弧状裂纹，裂纹率有 １０％左右。要求对此批锥齿轮断裂的原因进行分析。 厂方曾对断裂锥齿成分进行测定，符合标准要求。
锥齿轮采用５０Ｚ钢制造，制造工艺如下：粗车 外形一调质（２３＂一２８ＨＲＣ）一精车一加工锥齿一热处 理（齿面高频淬火＋回火３７～４４ＨＲＣ）一发黑处理一 成品。
线上。对配重重心是否在配重的中心无法检测。如 硬度差，严格控制挡片热处理质量。