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        LM100型摩托車五檔主動齒輪齒面發(fā)生點蝕原因分析

        2020-09-10 07:22:44金炳全
        內(nèi)燃機與配件 2020年21期

        金炳全

        摘要:某公司生產(chǎn)的LM100型摩托車齒輪樣件,在客戶廠家做臺架試驗時,齒面在試驗周期內(nèi)發(fā)生點蝕,尤其以五檔主動齒輪最嚴重。取發(fā)生點蝕的樣件、公司內(nèi)庫房成品和進廠毛坯進行全面綜合分析,查找發(fā)生點蝕原因。根據(jù)分析結(jié)果提出改進措施,以避免類似事故的再次發(fā)生。

        關(guān)鍵詞:點蝕;齒輪齒面;原因分析

        中圖分類號:TH45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2020)21-0046-02

        1? 五檔主動齒輪產(chǎn)品技術(shù)要求

        材料 20CrMo

        有效硬化層深度 0.3-0.5mm

        馬氏體及殘余奧氏體級別 1-5 級合格

        齒頂角碳化物 1-4 級合格

        表面硬度 HRC 58-63

        熱處理工藝:滲碳淬火

        面層含碳量為 0.8-1.0%

        2? 本次試驗執(zhí)行標準

        ZBT 04001-88 《汽車滲碳齒輪金相檢驗》

        GB 9450 《鋼件滲碳淬火有效硬化層深度的測定和校核》

        GB8539 《齒輪材料及熱處理質(zhì)量檢驗的一般規(guī)定》

        3? 試驗過程

        試驗分幾方面進行:

        3.1 原材料方面

        抽取5件五檔主動齒輪毛坯進行夾雜物、晶粒度、顯微組織、硬度及化學成份分析,見表1、表2。

        注:α——鐵素體;P——珠光體.

        分析結(jié)果顯示夾雜物和化學成分均在標準要求范圍之內(nèi),而晶粒度、帶狀組織和硬度雖然沒有超標,但波動范圍比較大。

        3.2 成品件方面

        對發(fā)生點蝕的樣件及庫存同規(guī)格成品進行分析。

        取3件發(fā)生點蝕齒輪和3件庫存齒輪做全項分析,編號為點1、點2、點3和庫1、庫2、庫3,試驗結(jié)果見表3、表4、表5、表6。

        注:A殘——殘余奧氏體,M——馬氏體.

        結(jié)果顯示夾雜物和化學成分均符合要求。馬氏體和殘余奧氏體為2-3級,齒頂角碳化物、心部鐵素體均為1級。表面硬度為HRC 56-59。心部硬度為HRC43-46。有效硬化層在0.35-0.6mm之間。滲碳層深度在0.45-0.65mm之間。過共析層+共析層均小于0.1mm。

        4? 其他較深滲層產(chǎn)品對比分析

        對材料為20CrMo,滲碳淬火后有效硬化層要求在0.5-0.8mm的另一客戶一檔齒輪產(chǎn)品取樣對比分析。取3件一檔齒輪,編號分別為1#、2#、3#,分析結(jié)果見表7、表8。

        由表7、表8可見,馬氏體和殘余奧氏體為2-3級,齒頂角碳化物為1級。表面硬度為HRC58-62。心部硬度為HRC43-46。有效硬化層深度0.65-0.8mm。滲碳層深度0.65-0.85mm。過共析層+共析層小于0.25mm。

        5? 結(jié)果分析

        ①鍛件晶粒度、帶狀組織、硬度波動范圍大,從顯微組織形態(tài)判定鍛件未經(jīng)正火處理。未經(jīng)正火處理的鍛件,機加過程中質(zhì)量不穩(wěn)定,熱處理后變形大。

        ②馬氏體、殘余奧氏體及碳化物級別低,說明滲碳淬火過程在合理范圍內(nèi),且爐內(nèi)碳勢不高。

        ③心部硬度HRC 43-46,硬度偏高,而心部鐵素體為1級,說明可以降低淬火溫度來降低心部硬度。

        ④表面硬度HRC56-59,硬度偏低,在有效硬化層深度為0.35-0.60mm情況下,說明表面碳濃度不足。

        ⑤過共析層+共析層深度小于0.1mm,說明產(chǎn)品表面碳濃度低。這一結(jié)果可通過兩方面來驗證:

        首先,從相圖上講,Cr、Si元素使鐵碳合金狀態(tài)圖中的γ相區(qū)向右上方移動,Mn元素使γ相區(qū)向左下方移動,Mo元素使共析點碳含量降低。合金元素綜合作用使20CrMo鋼的共析點左移,理論計算共析點在0.66-0.7c%范圍內(nèi)。

        其次,在實際觀察中發(fā)現(xiàn)滲層中并無過共析組織,而只有較淺的共析組織。按成分比計算面層含碳量應(yīng)小于0.7%。從以上綜合分析結(jié)果表明產(chǎn)品表面碳濃度低。此種情況下工件表面碳濃度低的原因有兩種:1)爐內(nèi)碳勢低。2)強滲期和擴散期碳勢和時間搭配不合理。

        ⑥有效硬化層要求0.5-0.8mm的一檔齒輪產(chǎn)品,在同等碳勢條件下,過共析層+共析層深度小于0.25mm,明顯好于淺滲層工件。說明在碳勢一定情況下,隨滲碳時間增加,面層碳濃度也在增加。

        6? 結(jié)論

        工件表面碳濃度不足,使齒部抗彎曲疲勞強度和耐磨性降低,從而發(fā)生早期接觸疲勞磨損即點蝕。

        7? 建議與改進措施

        ①原材料正火,保證鍛件以均勻一致的組織狀態(tài)進行化學熱處理。

        ②提高碳勢。使表面硬度達到HRC58-61左右比較理想,對淺滲層和深滲層的碳勢設(shè)定應(yīng)分開考慮。

        ③降低淬火溫度。把心部硬度降低到HRC40-43左右比較合理。

        ④改善表面應(yīng)力狀態(tài)分布。

        ⑤過共析層+共析層深度占總滲層深度的50-75%。

        ⑥嚴格按照ZBT04001-88<<汽車滲碳齒輪金相檢驗>>標準進行驗收。

        ⑦加強管理與溝通。對原材料達到極限成分的情況通報熱處理車間,以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

        8? 后續(xù)追蹤

        毛坯廠家對毛坯進行正火處理,熱處理車間調(diào)整工藝,提高了產(chǎn)品表面碳濃度。經(jīng)一系列改進后,產(chǎn)品送至客戶做臺架試驗及批量裝車,均未再發(fā)生點蝕事故。

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