劉 成，徐 寶

（武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000）

齒輪是汽車傳動(dòng)裝置中起到改變運(yùn)動(dòng)方向、變速以及傳遞動(dòng)力等功能的重要零件。相對(duì)于皮帶、傳動(dòng)鏈等汽車其他零件，金屬齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)工作穩(wěn)定性較好、傳動(dòng)率高，因此成為汽車的常用零件之一[1]。

鋁合金汽車齒輪在其運(yùn)行過程中斷裂成為影響齒輪的主要問題，也是造成鋁合金齒輪失效的重要原因。鋁合金汽車齒輪在斷裂部位會(huì)出現(xiàn)明顯塑性變形，韌性斷裂一般表現(xiàn)為過載斷裂，主要由零件截面所承受實(shí)際應(yīng)力超出材料強(qiáng)度極限而出現(xiàn)斷裂。

在齒輪加工過程中經(jīng)歷選材、加工、配件以及維修等多個(gè)過程，存在著眾多影響因素[2]。為探究這一問題的成因，需要根據(jù)齒輪斷裂宏觀與微觀特征，針對(duì)各影響因素，研究鋁合金汽車齒輪斷裂失效原因，有效避免斷裂事故的再次發(fā)生。

1 鋁合金汽車齒輪斷裂失效檢驗(yàn)

1.1 鋁合金汽車齒輪斷裂口形貌分析

為對(duì)鋁合金汽車齒輪斷裂失效原因分析，檢驗(yàn)其斷裂口。將鋁合金汽車齒輪發(fā)生斷裂后，觀察其損壞截面。在觀察中所選取樣本失效齒輪的17個(gè)齒中有4個(gè)齒接近整體脫落，另外3個(gè)齒局部損壞，且軸承部位也存在一定損壞[3]。損壞部位主要分為兩部分，一部分為兩盤軸承交界部位，主要表現(xiàn)為純剪斷韌性斷裂；另一部分位于齒輪部位，主要表現(xiàn)為局部剝落或折斷宏觀脆性斷裂。在同一齒輪中出現(xiàn)的兩種斷裂特征，對(duì)其斷裂口顯微組織、晶粒度、缺陷等條件檢測(cè)。鋁合金汽車齒輪斷裂樣本，如圖1所示。

圖1 鋁合金汽車齒輪斷裂樣本

對(duì)上述樣本觀察后，可以看出，樣本斷口表面較為平滑，且有明顯碾壓痕跡，可以分析出其斷口由于長(zhǎng)期較高接觸應(yīng)力作用下引起疲勞裂紋擴(kuò)展引起[4]。

1.2 斷裂口金相檢測(cè)

對(duì)鋁合金汽車齒輪斷裂口經(jīng)打磨拋光以及腐蝕處理后，首先觀察樣本顯微組織與滲碳層顯微組織，同時(shí)檢驗(yàn)其化學(xué)成分[5]。通過觀察分析結(jié)果可以看出，樣本滲透層主要為少量奧氏體與回火馬氏體，同時(shí)存在極少量白色碳化物。其滲碳層與過渡區(qū)組織分布形態(tài)正常，其心部組織為低碳板條馬氏體與游離鐵素體，在齒根部其游離鐵素體較多。采用ICP光譜儀對(duì)樣本進(jìn)行化學(xué)檢測(cè)，樣本中化學(xué)成分符合《保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定，其成分如表1所示。

表1 樣本齒輪化學(xué)成分

通過上述金相組織的觀察分析可知，鋁合金汽車齒輪發(fā)生斷裂失效時(shí)，組織密度有所加強(qiáng)，有局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，并且部分組織改變了原有的形態(tài)。

2 鋁合金汽車齒輪斷裂失效分析結(jié)果

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)分析后，參照《汽車滲碳齒輪金相檢驗(yàn)》可以觀察出此次實(shí)驗(yàn)樣本齒輪碳化物為1級(jí)～3級(jí)、殘留奧氏體1級(jí)～3級(jí)、馬氏體1級(jí)～3級(jí)，且存在少量殘留奧氏體、分散細(xì)小碳化物以及高溫回火馬氏體。樣本中心部位組織游離鐵元素較多，在齒輪根部硬度下降較快情況符合，也是齒輪根部硬度相對(duì)較低的主要原因。而分析過程中可以發(fā)現(xiàn)，鋁合金汽車齒輪斷裂原因，主要受到齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)影響。如果齒輪模數(shù)較小，則齒根部彎曲應(yīng)力增加，造成硬度不匹配，導(dǎo)致剝落。另一因素為齒輪材料及加工技術(shù)影響，齒輪材料中夾雜物、化學(xué)成分、組織偏析等都會(huì)破壞齒輪基體連續(xù)性，降低材料強(qiáng)度。齒輪材料的化學(xué)成分則會(huì)影響其淬透性，在淬火時(shí)不利于得到馬氏體，導(dǎo)致熱處理過程中其偏析微區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致總體力學(xué)性能大大降低。

3 結(jié)論

鋁合金汽車齒輪工作階段容易發(fā)生斷裂失效，而影響齒輪斷裂影響因素較多。想要對(duì)其斷裂失效預(yù)防，需要對(duì)其斷裂現(xiàn)象、因素以及失效過程進(jìn)行確認(rèn)。本文綜合斷裂口形貌分析以及斷裂口處的金相組織變化，得到相應(yīng)的斷裂因素。通常情況下，鋁合金汽車齒輪斷裂發(fā)生失效，多數(shù)屬于疲勞行斷裂，少部分由于組織內(nèi)應(yīng)力以及組織結(jié)構(gòu)因素造成。綜合上述分析結(jié)果，可以針對(duì)鋁合金汽車齒輪采用適當(dāng)?shù)娜テ诨幚?，保證鋁合金汽車齒輪正常運(yùn)作，提高汽車使用安全性。